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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
USO DE INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL NO ENSINO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA:
ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICO-ECONÔMICA EM UM
PROJETO PARA A UFPR
Fábio Manuel Baptista de Menezes Antunes
Everson Toyomi Kakizaki
Curitiba
2010
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
USO DE INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL NO ENSINO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA:
ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICO-ECONÔMICA EM UM
PROJETO PARA A UFPR
Fábio Manuel Baptista de Menezes Antunes
Everson Toyomi Kakizaki
Trabalho apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Universidade
Federal do Paraná como parte dos
requisitos para obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Professor Doutor Ewaldo Luiz de Mattos Mehl – Orientador
Professor Doutor Eduardo Parente Ribeiro – Co-Orientador
Curitiba
2010
AGRADECIMENTOS
Aos nossos pais e familiares pelo apoio, incentivo e confiança depositados.
Ao Eng. André Oliveira pela atenção e disponibilidade para reuniões e
esclarecimentos.
Ao co-orientador do trabalho Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro pela orientação e
apoio cedendo o CIEL (Centro de Instrumentação Eletrônica) para experimentos.
Ao orientador Prof. Dr. Ewaldo Luiz de Mattos Mehl pela orientação, apoio e
desafios.
Aos representantes dos fabricantes de equipamentos consultados pelas
informações fornecidas.
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo de viabilidade técnica e econômica
para aplicação da Instrumentação Virtual para o ensino nos cursos de Engenharia
Elétrica, neste caso para a Universidade Federal do Paraná, realizado como
trabalho de conclusão de curso. Disserta-se sobre o conceito de Instrumentação
Virtual e suas principais características, e apresenta um comparativo com a
instrumentação convencional, mostrando vantagens e desvantagens, com relação
a parâmetros técnicos e custo. Em seguida descreve-se de forma breve o
Labview, software utilizado, o hardware disponível no mercado, e apresenta uma
sugestão de equipamentos para compra. Após mostrar a solução proposta,
compara-se aos equipamentos de outro fabricante e também com os instrumentos
convencionais. Dentre as considerações finais, constata-se que é difícil
estabelecer um comparativo com relação a custo, não determinando qual dos
métodos é mais caro ou barato, porém percebe-se que a proposta da
instrumentação virtual é interessante aos cursos de Engenharia por diversos
fatores, dentre eles a flexibilidade e a característica inovadora da tecnologia.
Palavras chave: Instrumentação Virtual, Engenharia Elétrica, Labview.
Abstract
Technical and economic feasibility study about application of virtual
instrumentation for teaching in electrical engineering courses, in this case, to the
Federal University of Parana, performed as a final paper. This work reports the
concept of Virtual Instrumentation and main characteristics, and presents a
comparison with conventional instrumentation, showing the advantages and
disadvantages, with technical parameters and cost. After this, a briefly describe of
Labview, the used software development environment, the hardware available on
the market, and shows a proposal of equipments to purchase. After showing the
proposed solution, it compares to other equipment manufacturer and also with
conventional instruments. Among the final considerations, it appears that it is
difficult to establish a comparison about cost, not determining which method is
more expensive or cheap, but realizes that the proposal of virtual instrumentation
is interesting to Engineering courses by several factors, among them the flexibility
and innovative technology feature.
Keywords: Instrumentation Virtual, Electrical Engineering, Labview
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Painel Frontal padrão....................................................................................................15
Figura 2. Diagrama de Blocos padrão.........................................................................................16
Figura 3. Painel Frontal de um Osciloscópio Virtual.................................................................17
Figura 4. Diagrama de Blocos de um Osciloscópio Virtual......................................................18
Figura 5. Diagrama de Blocos do hardware de aquisição.......................................................19
Figura 6. Painel Frontal padrão do USB-6008/9..........................................................................21
Figura 7. NI-CompactDAQ e alguns módulos.............................................................................23
Figura 8. Modelo PXI de 8 slots, com controlador incorporado...............................................25
Figura 9. Plataforma Elvis II..........................................................................................................26
Figura 10. NI USB-6221 BNC........................................................................................................27
Figura 11. Modelo NI-CompactRIO..............................................................................................32
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Preços USB NI 6008/9....................................................................................................21
Tabela 2. Preços dos Chassis NI-cDAQ 9174/8...........................................................................23
Tabela 3. Preços dos Chassis NI USB-6221.................................................................................27
Tabela 4. Características do Hardware sugerido........................................................................30
Tabela 5. Preço do Hardware da Bancada dos Alunos..............................................................30
Tabela 6. Preço do Hardware da Bancada do Professor..........................................................31
Tabela 7. Características dos Hardwares NI cRIO 9073/4.......................................................32
Tabela 8. Preço dos Hardware NI cRIO 9073/4............................................................................33
Tabela 9. Módulos com características similares.......................................................................33
Tabela 10. Preços dos módulos similares...................................................................................34
Tabela 11. Modelos de Osciloscópios pesquisados no mercado e seus preços...............36
Tabela 12. Modelos de Geradores de Função pesquisados no mercado e seus preços..36
Tabela 13. Alguns modelos de Fontes pesquisados no mercado e seus preços................37
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...............................................................................................09
2. CONCEITOS..................................................................................................11
2.1. Instrumentação Convencional...................................................11
2.2. Instrumentação Virtual...............................................................11
2.3. Instrumentação Virtual vs Instrumentação Convencional...........12
3. SOFTWARE....................................................................................................13
3.1. LabView...................................................................................14
3.2. Instrumento Virtual...................................................................17
4. HARDWARE...................................................................................................19
4.1. Hardware no Mercado..............................................................19
4.1.1. USB-600x..................................................................................20
4.1.2. NI-CompactDAQ.......................................................................22
4.1.3. NI-PXI.......................................................................................24
4.1.4. Elvis II.......................................................................................25
4.1.5. NI-USB Série M........................................................................26
4.2. Hardware Sugerido..................................................................28
4.3. Comparação com Soluções de Outra Empresa.........................33
5. COMPARAÇÃO COM INSTRUMENTOS CONVENCIONAIS..........................35
6. CONCLUSÃO.................................................................................................38
7. REFERÊNCIAS...............................................................................................40
9
1. INTRODUÇÃO
De um modo geral, a Instrumentação já faz parte do dia-a-dia das pessoas.
Geladeiras, microondas, televisões, sistemas de segurança, e automação
residencial, são exemplos de como instrumentos de medição têm penetrado em
itens tão comuns do nosso cotidiano. O objetivo maior prende-se com o conforto,
segurança e economia. Existem sistemas comercias em que já é possível acessar
eletrodomésticos pela internet ou deixar sua casa com a temperatura e luminosidade
ideal através dos seus sensores programáveis (Borges, 2002).
Paralelamente às necessidades pessoais, a necessidade de melhorar os
processos de medição, teste e automação no âmbito industrial e laboratorial, aliado
à rápida adoção e evolução dos computadores pessoais e industriais, fez surgir o
conceito de Instrumentação Virtual.
A Instrumentação Virtual exige a utilização de um hardware para aquisição
de dados, um computador com sistema operacional apropriado e um software de
programação que se molde às necessidades da aplicação.
A facilidade de integração entre sistemas que convencionalmente teriam
que ser tratados de forma independente, permitiu a sua rápida adoção em processos
industriais. Assim, dentro de um mesmo equipamento que ocupa pouco espaço, é
possível captar o sinal de um sensor, manipulá-lo e usar o mesmo para uma saída
pretendida, como por exemplo, um relé.
Este trabalho visa analisar a viabilidade de aplicação da Instrumentação
Virtual como apoio ao ensino de Engenharia Elétrica, mais particularmente a um
laboratório de eletrônica, e mostrar seus benefícios e limitações na área que se
pretende implementar.
Para desenvolvimento do mesmo, recorreu-se a pesquisas em trabalhos de
conclusão de cursos de outros alunos, artigos produzidos em congressos, sites de
fabricantes, pesquisas de mercado junto a fabricantes e fornecedores, e um
laboratório de instrumentação eletrônica fornecido pelo Curso de Engenharia Elétrica
da Universidade Federal do Paraná para que fosse possível uma familiarização com
o processo em questão.
O próximo capítulo, o segundo, de nome “Conceitos”, irá abordar
informações breves e relevantes para o bom entendimento do trabalho, tal como o
10
atual estado das instrumentações convencionais, o conceito de instrumentação
virtual e as principais diferenças entre eles. O terceiro capítulo, “O Software”,
abordará a importância deste na Instrumentação Virtual, como o cérebro da solução,
e apresentará o “Labview”, a referência internacional nesta tecnologia. O quarto
capítulo é o centro das atenções deste trabalho: “O Hardware”. Após alguns
conceitos sobre a sua função dentro da solução pretendida, abordar-se-á algumas
soluções presentes no mercado, e por último, a sugestão de solução com base na
aplicação pretendida voltada ao ensino, e tendo como base a sua viabilidade técnica
e econômica. O quinto capítulo será uma comparação econômica entre as soluções
convencionais de mercado e a solução sugerida no trabalho, e apresenta uma
pesquisa de mercado que envolve os principais equipamentos de um laboratório. O
sexto capítulo será a “Conclusão”, que apresentará as principais ilações do trabalho,
justificativas de opções, e contributo para os autores e para os alunos de
engenharia.
11
2. CONCEITOS
2.1. INSTRUMENTAÇÃO CONVENCIONAL
Os instrumentos convencionais, ao longo de grande parte do século
passado, destinaram sua medição à grandezas elétricas como tensão, resistência,
corrente, freqüência e outros. Para descrever a sua operação normal, os passos
limitavam-se nas conexões, definição de escala, e amostra de resultados que não
podiam ser salvos para posterior utilização (Schneider, 2009).
Os transistores permitiram menores formas e menor consumo de potência.
A evolução do processamento computacional, as técnicas de processamento digital
de sinais, e o surgimento dos microprocessadores velozes e embarcados trouxeram
maior poderio aos instrumentos de medição convencionais. Assim, atualmente, tais
instrumentos são poderosos, robustos e caros (Schneider, 2009).
Apesar do seu encarecimento, é comum ver este tipo de equipamentos,
como osciloscópios digitais e geradores de função, em laboratórios de testes e
faculdades.
2.2. INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL
Para combater o encarecimento e a falta de portabilidade dos instrumentos
convencionais de medição, a instrumentação virtual surgiu. Através dela, é possível
separar o processo computacional dos instrumentos de medição, ficando este último
apenas com o hardware de aquisição de dados.
A presença do software no computador é uma mais valia, permitindo a
simplificação e o barateamento do hardware. Desse modo, a placa de aquisição de
dados fica encarregada somente da detecção de sinal pelos sensores,
condicionamento do sinal e sua conversão analógico-digital. Após o sinal se
encontrar no formato de bits, ela poderá ser processada, comparada, alterada e
armazenada conforme a sua necessidade (Schneider, 2009).
12
2.3. INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL vs INSTRUMENTAÇÃO CONVENCIONAL
Como já foi dito, os instrumentos convencionais apesar de serem
poderosos e robustos têm a desvantagem de serem caros e projetados somente
para desempenhar tarefas definidas pelo fabricante. Sendo assim, o usuário não
costuma ter a liberdade de ampliar ou personalizar tais tarefas (Neto e Nascimento,
2007).
Já a instrumentação virtual, por ser baseada em computadores, retira os
benefícios das plataformas comerciais e conseguem suprir as lacunas dos
instrumentos convencionais com o uso dos processadores e sistemas operacionais
diversos. Outra vantagem é que, quando usada em notebooks, é possível fazer uso
da sua portabilidade natural.
Outra diferença relevante é a flexibilidade para modificar e adaptar o
instrumento para necessidades particulares. Desse modo, enquanto instrumentos
convencionais fazem uso de circuitos integrados para executar funções definidas, os
instrumentos virtuais usam o poder do software e do processador do computador
para executar funções, personalizá-las, e até usar o acesso à rede para compartilhar
aplicações, tarefas, arquivos, e visualizar medições.
Com relação aos custos, as soluções baseadas em instrumentação virtual
permitem reduzir os custos de adaptação, desenvolvimento de sistemas,
manutenção, e assim usufruir de um sistema de múltiplas vantagens de modo
econômico (Neto e Nascimento, 2007).
13
3. SOFTWARE
Dentro do campo da instrumentação virtual, o elemento mais importante é
o software que compõe o sistema. Responsável pela integração dos diversos
sensores, sua função principal é traduzir os dados coletados através do hardware
em grandezas de forma clara e de fácil visualização para o usuário.
O software permite ao usuário moldar os instrumentos conforme a
aplicação desejada, ou seja, possibilita que os mesmos equipamentos de aquisição
sejam utilizados de forma diferente, justificando o conceito de flexibilidade atribuído a
instrumentação virtual.
A construção bem elaborada do programa permite que o desenvolvedor
defina como e quando os dados serão adquiridos, a maneira com a qual serão
processados, manipulados, armazenados e mostrados ao usuário.
Ainda é possível acrescentar aos instrumentos determinados níveis de
inteligência e capacidade de tomada de decisões de forma que o comportamento do
equipamento diante de eventos inesperados esteja dentro de um padrão pré-
programado, aumentando a eficiência e adaptabilidade do sistema.
Para obter tal capacidade de estrutura foi necessária a criação de uma
nova concepção de programação, chamada de Programação de Fluxo de Dados.
Sua arquitetura é baseada na idéia de que a mudança no valor de uma variável deve
automaticamente provocar o recalculo das demais variáveis presentes no programa,
sendo essencialmente voltada a execução paralela dos comandos.
Dentro da programação em Fluxo de Dados as instruções são executadas
tão logo os dados fiquem disponíveis, o usuário pode acompanhar todo processo,
pois as informações ficam explícitas, constantemente exibidas de forma física ou
pelo monitor.
Enquanto as linguagens de programação tradicionais consistem,
essencialmente, em uma série de passos a seguir, um programa de fluxo de dados
se assemelha a um grupo de operários em uma linha de produção, que irão
executar suas tarefas sempre que os materiais estiverem disponíveis. Esse é o
motivo de as linguagens de fluxo de dados serem essencialmente voltadas à
execução paralela. As operações não possuem um estado escondido para monitorar
e todas estão aptas a serem executadas a qualquer momento (Schneider, 2009).
14
Esse paradigma de programação é a base do ambiente de
desenvolvimento de software voltados para a instrumentação virtual.
3.1. LABVIEW
Ambiente de programação desenvolvido pela empresa National
Instruments, funciona baseado na linguagem G (linguagem de programação gráfica).
Dessa forma, ao invés dos tradicionais comandos escritos, as instruções são
representadas através de expressões visuais, arranjos espaciais de textos e
símbolos gráficos conectados por linhas e setas que representam a relação lógica
entre eles.
A programação visual torna a interface de desenvolvimento mais amigável,
permitindo que até pessoas inexperientes no campo da programação possam criar
algoritmos para medição e aquisição de dados simplesmente selecionando os blocos
de funções disponíveis na biblioteca do sistema.
O Labview é um ambiente de desenvolvimento aberto, apesar de oferecer
ferramentas que satisfaçam a maior parte das aplicações. A padronização de
software depende principalmente do conjunto selecionado para o trabalho, outros
software, hardware de medição e controle e padrões abertos, que são responsáveis
pela definição da comunicação entre equipamentos e ferramentas de múltiplos
fornecedores. Ao atender esses critérios, há a certeza que produtos de vários
fornecedores poderão ser utilizados.
Um grande número de empresas de hardware e software desenvolvem e
mantém centenas de bibliotecas e drivers de instrumentos para auxiliar a criação de
aplicações baseadas no uso do Labview. Contudo, este não é o único meio de
fornecer conectividade para aplicações baseadas no ambiente de desenvolvimento.
O Labview oferece funcionalidades para incorporar software ActiveX, dynamic link
libraries (DLLs) e bibliotecas compartilhadas (shared libraries) de outras ferramentas.
Além disso, você pode compartilhar códigos desenvolvidos em LabVIEW como uma
DLL, executável ou usando ActiveX.
O desenvolvimento dentro do Labview envolve o trabalho em duas telas:
Painel Frontal (front panel) e Diagrama de Blocos (block diagram)
15
- Painel Frontal: tela na qual a interface gráfica, ou seja, a representação
gráfica dos controles e indicadores que o usuário terá acesso e manipulará o
instrumento virtual. Portanto, é a tela que ficará disponível durante a execução do
programa e nela podem ser inseridos mostradores gráficos e numéricos, além de
botões, leds e barras deslizantes. No caso de aplicações mais complexas, vários
painéis diferentes podem ser integrados em um único só para elaboração de um
instrumento mais avançado. Na figura 1, pode-se ver um Painel Frontal padrão, com
abas de controle e ferramentas.
-Diagrama de Blocos: tela que abriga o equivalente ao código fonte do
programa. Cada elemento inserido no painel frontal possui um ícone que o
representa no diagrama de blocos, e é nessa tela que são feitas as ligações que
determinam a dependência entre cada bloco. Nela é possível criar estruturas de
desvio condicional e loop, da mesma forma que em uma linguagem de programação
convencional. Em projetos mais extensos, o diagrama de blocos pode ser
subdividido em módulos, ou seja, o diagrama de blocos é partido em diagramas
menores denominados sub-vi agrupados em uma hierarquia e representados como
blocos compondo uma biblioteca personalizada para o usuário. Na figura 2, pode-se
ver o Diagrama de Blocos padrão, com abas de funções e ferramentas.
Figura 1. Painel Frontal padrão
16
Figura 2. Diagrama de Blocos padrão
O ambiente ainda abriga uma vasta biblioteca de controles, indicadores e
funções, sendo as duas primeiras aplicadas no painel frontal e a última no diagrama
de blocos.
Entre as funções disponíveis para elaboração do diagrama de blocos é
relevante citar as:
-Structures – estruturas de controle do programa, desvio condicional e
laços.
-Numeric – funções aritméticas, trigonométricas, logarítmicas e numéricas.
-Boolean – funções de lógica booleana como AND, OR, TRUE e FALSE.
- String – para criar e manipular strings.
-Comparison – funções para comparar números, variáveis booleanas e
strings.
-Time & Dialog – funções para criação de caixas de diálogo, tempo e
manipulação de erros.
-Waveform – funções para criação de ondas.
-Analyze – funções para análise de dados.
17
-NI Measurements – funções para criação de interfaces com os
equipamentos DAQ’s.
-Instrument I/O – função par controle de instrumentos periféricos via GPIB,
serial ou VISA instrument control.
-Communication – funções para comunicação com outras aplicações.
3.2. INSTRUMENTO VIRTUAL
Ilustrando um instrumento virtual, a figura 3 mostra o painel frontal de um
osciloscópio virtual desenvolvido em Labview. Nota-se que a interface é semelhante
à de um equipamento convencional, apresentando as mesmas funções básicas e
facilitando a adaptação do usuário. Através do mouse é possível operar os controles
da mesma forma como atuaria no instrumento real.
Figura 3. Painel Frontal de um Osciloscópio Virtual - Fonte: Ferreira, Lins e Cavalcanti, 2008
Este osciloscópio virtual, adotado como exemplo, permite ao operador
manipular o sinal ajustando sua escala em relação à amplitude e ao domínio do
tempo para melhor visualização, além de possibilitar a escolha entre dois canais de
18
leitura, o armazenamento dos dados em formato de texto ou gráfico para análise ou
impressão posterior.
Figura 4. Diagrama de Blocos de um Osciloscópio Virtual - Fonte: Ferreira, Lins e Cavalcanti,
2008
A figura acima mostra o diagrama de blocos criado para a implementação
do equipamento, utilizando boa parte da gama de recursos disponíveis no Labview.
Através de algumas funções presentes na biblioteca do programa (Waveform Scale
and Offset VI e Scale Delta t. VI) é possível fazer os ajustes de escala para tempo e
escala. Com blocos de operações boolenas e aritméticas faz se o controle de
seleção de canal e também a função trigger do osciloscópio. Aproveitando melhor o
potencial do instrumento virtual, utiliza-se a função Write to Measurement File para
armazenar os dados coletados durante o experimento.
19
4. HARDWARE
Para aquisição de dados é necessário haver um hardware preparado para
tal. O mercado possui grande variedade de equipamentos para serem conectados
aos computadores.
Os avanços tecnológicos na área dos circuitos integrados aumentaram o
poder das placas de aquisição de dados, e o seu custo que já é baixo vem
diminuindo cada vez mais.
Podemos dividir o sistema de aquisição de dados em três partes:
- Sensor: é ele o responsável pela aquisição do sinal, e quando acoplado a
um transdutor transforma o sinal em uma grandeza elétrica.
- Circuito Condicionador de Sinal: adapta o sinal de entrada para ser
convertido em digital posteriormente, e é responsável também por remover efeitos
de aliasing.
- Conversor Analógico – Digital: converte o sinal de entrada em digital com
base em uma taxa de amostragem definida (Schneider, 2009).
Figura 5 - Diagrama de blocos do hardware de aquisição
4.1. HARDWARE NO MERCADO
As possibilidades de hardware no mercado são variadas. A sua forma de
conexão ao computador varia desde placas PCI, PCMCIA, USB, entre outros.
Este trabalho direciona sua aplicação para um laboratório de eletrônica que
possa ser usado facilmente como um laboratório de computadores. Pela facilidade
de manuseio, mobilidade, performance e modernidade, a escolha recaiu pelos
módulos USB (Universal Serial Bus).
A National Instruments, por ser a referência na área de Instrumentação
20
Virtual e aquisição de dados no Brasil, foi a empresa escolhida para pesquisa da
solução pretendida. A referida empresa destaca algumas linhas distintas em USB: a
linha USB-600x, a linha NI-CompactDAQ, a linha NI PXI, o NI ELVIS II, e a linha NI-
USB Multifunção da SÉRIE M.
4.1.1. USB-600x
- A linha USB-600x se mostra uma forma rápida e acessível de adquirir e
controlar sinais. Apesar de ser um dispositivo simples, ele exige algum tempo de
adequação com aplicações que estão em constante evolução ou mudanças, o que
pode torná-lo proibitivo em determinadas aplicações. A série USB-600x possui uma
VI padrão e seu código vem em dois arquivos de biblioteca que contêm o mesmo
código base, mas diferem na plataforma de aplicação no computador e
funcionalidades adicionais. O VI utiliza um loop de software que atualiza a entrada e
saída de dados simultaneamente. A figura 5 mostra assim o painel frontal padrão
para os dois equipamentos da linha USB-6008 e USB-6009, e nela é possível ver o
estado em tempo real de cada saída: entradas e saídas analógicas à esquerda e
entradas e saídas digitais à direita, bem como o contador. Tanto o USB-6008 quanto
o USB-6009 possuem 8 entradas analógicas, 2 saídas analógicas, 12 entradas e
saídas digitais e um contador 32 bits, apenas diferenciando-se no desempenho um
pouco superior do USB-6009.
21
Figura 6. Painel Frontal padrão do USB-6008/9 - Fonte: National Instruments, 2010
A Tabela 1 mostra os preços dos dois equipamentos da linha em Dólares
Americanos (preço oficial nos Estados Unidos), e em Reais (preço no Brasil, com
importação e entrega, utilizando um fator de conversão de 3.5):
Tabela 1. Preços USB NI 6008/9 - Fonte: National Instruments, 2010 e representante comercial
da empresa
HARDWARE PREÇO EM DÓLAR PREÇO EM REAIS
USB NI 6008 $
185,00 R$
600,00
USB NI 6009 $
305,00 R$
915,00
22
4.1.2. NI-CompactDAQ
- A linha NI-CompactDAQ possui o sistema plug-and-play do USB e
também pode ser usado para sensores e medidas elétricas de bancada, na
indústria, ou no campo. Este dispositivo permite a medida em sistemas dinâmicos
como som, pressão, e transientes elétricos, e em sistemas com sinais estáticos
como tensão DC e temperatura.
O sistema é modular, possui um chassi para quatro ou oito módulos. Tais
módulos, além de apresentarem variedade, podem ser aplicados em outros sistemas
do referido fabricante, como o NI-CompactRIO que falaremos adiante. O sistema em
módulos permite fazer entradas e saídas analógicas e digitais, uso como relé,
contador de pulsos, e outros.
O NI-CompactDAQ combina os conectores, os condicionadores de sinal, e
os conversores analógico-digital. Assim, elimina-se o tempo para construir ou
adaptar um circuito condicionador, e elimina-se igualmente a grande quantidade de
erros associados ao agrupamento de múltiplos componentes agrupados, bem como
falhas e ruído. Outra vantagem é que o referido sistema permite o uso da ferramenta
DAQ Assistant no LabView, a ferramenta assistente para acesso às placas de
aquisição de dados, e desse modo é possível medir grandezas como corrente e
tensão, bem como sensores, sem qualquer programação.
Na Figura 6, alguns dos módulos do NI-CompactDAQ com seus variados
conectores, e o chassi de oito módulos ao fundo. Como se pode observar, os
conectores disponíveis são BNC, parafuso, portas RJ-45, e vários tamanhos de
conectores do tipo DB.
23
Figura 7. NI-CompactDAQ e alguns módulos - Fonte: National Instruments, 2010
O preço da solução NI-CompactDAQ depende dos módulos que se
pretende acoplar ao Chassi conforme aplicação pretendida e das características que
os mesmos possuam. Na tabela 2 é possível visualizar o preço dos chassis de 4
módulos (NI cDAQ-9174) e 8 módulos (NI cDAQ-9178). Os preços em Reais incluem
importação e entrega no Brasil e obedecem a um fator de conversão de 3.5. Cada
módulo a ser comprado tem seu próprio preço e irá aumentar o valor da solução.
Tabela 2. Preços dos Chassis NI-cDAQ 9174/8 - Fonte: National Instruments, 2010 e
representante comercial da empresa
HARDWARE PREÇO EM DÓLAR PREÇO EM REAIS
Chassi NI cDAQ - 9174 + Power Cord, AC, U.S., 120 VAC
$ 780,00
R$ 2.730,00
Chassi NI cDAQ - 9178 + Power Cord, AC, U.S., 120 VAC $
1.220,00
R$ 4.270,00
24
4.1.3. NI-PXI
- A plataforma PXI proporciona suporte a sistemas de instrumentação
virtual de alto desempenho baseados em PC. Nesse sistema, o computador host
pode ser embarcado no chassi ou pode ser um computador separado em que faz
uso do barramento interno do computador, PCI ou PCI Express, bem como de outros
componentes vendidos comercialmente para computadores.
Essa arquitetura combina a grande velocidade do barramento PCI com a
integração de temporização e disparos para apresentar um desempenho 10 vezes
maior que as demais arquiteturas de medição e automação.
Para as aplicações em que o setor de Engenharia pretenda começar
rapidamente seus projetos com uma plataforma que corresponda totalmente as suas
necessidades e ofereça bastante flexibilidade para atender implementações futuras,
o PXI é uma opção que se aconselha.
Conforme já citado, o alto desempenho é característica principal. A sua
resolução pode chegar até 24 bits, sua taxa de amostragem pode chegar até
200MS/s, e tem capacidade para até 18 slots.
Outra vantagem desta plataforma é a sua baixa manutenção. O NI-PXI foi
projetado para ter facilidade de manutenção, e o usuário poderá acessar todos os
módulos e conectores pela parte frontal do chassi, retirar módulos sem afetar o
sistema, e trocar processadores apenas com adquirindo e trocando a controladora.
O preço de uma solução básica na plataforma PXI, com número parecido
de entradas e saídas ao USB-6009, custa cerca de 9300 Dólares Americanos
Na figura 7, um modelo PXI. Trata-se de um modelo com computador
embarcado. Podemos observar um chassi com oito módulos do lado direito, e o
controlador do lado esquerdo.
25
Figura 8. Modelo PXI de 8 slots, com controlador incorporado - Fonte: National Instruments,
2010
4.1.4. ELVIS II
A plataforma didática ELVIS (Educational Laboratory Virtual
Instrumentation Suite) é a solução desenvolvida pela National Instruments voltado
ao meio acadêmico. O equipamento é composto por uma plataforma de
prototipagem, como mostra a figura 8, e doze instrumentos virtuais conectados por
USB a um computador com as interfaces para manuseio do usuário.
O ELVIS encontra-se na sua segunda versão (ELVIS II), na qual estão
integrados os instrumentos mais comuns nos laboratórios de eletrônica das
universidades. O dispositivo possui: osciloscópio, multímetros digitais, gerador de
funções, fonte variável, analisador de sinais dinâmicos (DSA), analisador Bode,
analisador de corrente/tensão a dois ou três fios, gerador de forma de onda
arbitrária, E/S digitais e analisador de impedância.
26
Figura 9. Plataforma Elvis II - Fonte: National Instruments, 2010
Todos os instrumentos foram desenvolvidos no ambiente Labview em
linguagem de programação gráfica e o código fonte fica a disposição dos
educadores e usuários. Dessa forma, os diversos instrumentos podem ser
modificados e personalizados de acordo com a necessidade. Assim como nas
demais soluções envolvendo instrumentação virtual da NI, o ELVIS II também
oferece a possibilidade de monitoramento remoto e total integração entre os
instrumentos.
A plataforma ainda pode ser aplicada no ensino de outras disciplinas além
da eletrônica básica. Com algumas placas plug-in de outros fabricantes é possível
adaptar o ELVIS II para experimentos no campo de eletrônica embarcada,
telecomunicações e controle.
O escritório da empresa National Instruments no Paraná, informou que o
preço de comercialização do referido equipamento é de R$ 9.500,00.
4.1.5. NI-USB SÉRIE M
Esta série foi projetada para prover uma melhor performance e mais canais
de entrada e saída, por um preço menor. Assim, vieram satisfazer uma das
necessidades da indústria: taxas de amostragem altas, elevada precisão e mais
canais de entrada e saída.
Estes equipamentos são ideais para testes, controle, design de aplicações,
27
monitoramento de campo, e inclusive no campo acadêmico.
Uma particularidade desta série é que seus equipamentos podem ser seis
instrumentos diferentes atingindo um nível satisfatório de performance. Os seis
instrumentos anteriormente referidos são: entradas analógicas, saídas analógicas,
entradas digitais, saídas digitais e contadores.
O NI USB-6221 BNC, por exemplo, possui oito entradas analógicas
diferenciais por conector BNC, duas saídas analógicas por conector BNC, 24
entradas e saídas digitais, e contadores de 32 bits. Abaixo, a Figura 9 mostra este
dispositivo da série M e a Tabela 4 mostra seu preço oficial nos Estados Unidos,
com o mesmo fator de conversão em Reais anteriormente citado:
Figura 10. NI USB-6221 BNC - Fonte: National Instruments, 2010
Tabela 3. Preços dos Chassis NI USB-6221 Série M - Fonte: National Instruments, 2010
HARDWARE PREÇO EM DÓLAR PREÇO EM REAIS
NI USB-6221 M Series DAQ Device, BNC Term, U.S. (120 V)
$ 1.870,00
R$ 6.545,00
28
4.2. HARDWARE SUGERIDO
A aplicação de um Laboratório de Instrumentação Virtual em uma
Universidade requer uma solução que seja usada pelos alunos de forma fácil e
intuitiva, e apresente similaridades com os equipamentos convencionais.
O fato de a solução USB-600x exigir adequações cada vez que se mude ou
evolua a aplicação influenciou na decisão de não-sugestão. A razão dessa
afirmação baseia-se no fato de que os alunos que estejam tendo as primeiras
noções de eletrônica não terão facilidade nem conhecimento necessário para montar
circuitos que condicionem o sinal para cada aplicação. Por outro lado, é uma solução
de baixo custo, e sempre poderá servir como opção alternativa, embora não tenha
capacidade de expansão.
Já a solução da série M multifuncional USB, bastante semelhante ao USB-
600x, mas com performance técnica superior e um grande número de canais de
entrada e saída, peca por ter um preço um pouco elevado, excesso de canais para
uma aplicação em laboratório e por ser uma solução não-expansível. No entanto, é
uma opção alternativa melhor que o USB-600x.
A solução baseada na plataforma PXI apresenta condições excelentes para
o laboratório que se deseja implementar, e sua capacidade vai muito mais além do
que o necessário. A desvantagem reside no preço, já que é uma solução top de
linha e com uma capacidade tecnológica que a aplicação pretendida não
necessitaria. Deste modo, esta solução não será sugerida.
O ELVIS II seria a solução ideal para o que se deseja implementar.
Totalmente didático e projetado com instrumentos voltados ao ensino, esta solução
cumpre a sua viabilidade do ponto de vista técnico. Porém, seu alto custo pesa na
decisão de um laboratório que precisaria no mínimo de 10 equipamentos, no valor
de 9.500,00 reais cada um, o que torna a sua aquisição inviável do ponto de vista
financeiro. O ELVIS II já possui telas padrão para visualização dos resultados da
aquisição. Porém, para que se possa programar ou tratar o sinal recebido teria que
se comprar as licenças de Labview do mesmo modo, tal como os demais. Além
disso, o hardware não é muito flexível nem expansível, embora se consiga algumas
adaptações em placas de ensino, conforme mostrado anteriormente.
A solução proposta é assim a do NI-CompactDAQ, que para os requisitos
29
técnicos de um laboratório apresenta um melhor custo-benefício. Conforme já foi
dito, este equipamento faz uso de um chassi na qual se encaixam módulos que
fazem o processo de aquisição, condicionamento e conversão analógico-digital. A
compra de tais módulos se faz assim pela necessidade, o que melhora o
planejamento à curto, médio e longo prazo.
Para este trabalho, e analisando em conjunto com professores e
orientadores do curso de Engenharia Elétrica da UFPR, dirigiram-se atenções para
módulos de entrada e saída analógica, módulos de entrada e saída digital, e um
módulo relé.
Em uma reunião com o representante da National Instruments no Paraná,
abordaram-se questões de custos de módulos e chassis, bem como a solução que
apresente o melhor custo-benefício tendo como base o futuro laboratório de
Instrumentação Virtual do curso em questão.
Os módulos variam na aplicação, na taxa de amostragem, no tipo de
conectores, na faixa de tensão, número de canais, isolação de tensão, entre outros.
Vale salientar que a solução que será exposta em seguida não representa
uma decisão definitiva do comprador, a Universidade Federal do Paraná, nem
procura definir a solução ideal, e sim sugerir uma alternativa com melhor custo-
benefício baseando-se nos esclarecimentos do representante comercial e no estudo
feito pelos orientandos em conjunto com os orientadores.
Ainda com relação ao chassi, foi sugerido o de quatro módulos, pois além
de ser mais econômico, tem o número necessário de módulos de que um laboratório
precisa. Porém, a aquisição de algum chassi de oito módulos não se considera
totalmente de parte, pois é uma maneira de prever expansão ou para ser utilizado
como bancada principal do professor.
A Tabela 5 apresenta uma sugestão de modelos para aquisição. As
Tabelas 6 e 7 apresentam os custos para a solução em chassi de 4 módulos para a
bancada dos alunos, e para a solução em chassi de oito módulos para a bancada do
professor. Conforme já dito, o valor em Reais foi obtido através de um fator de
conversão fornecido pela National Instruments, e inclui a importação e entrega no
Brasil.
30
Tabela 4. Características do Hardware sugerido - Fonte: National Instruments, 2010
HARDWARE CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS
Chassi NI cDAQ - 9174 Chassi para 4 módulos, ligação USB, temperatura de operação entre -20ºC e 55ºC
Chassi NI cDAQ - 9178
Chassi para 8 módulos, ligação USB, temperatura de operação entre -20ºC e 55ºC, 2 Conectores BNC para clock externo
Módulo NI 9215 with BNC
Módulo para Entrada Analógica, 4 canais referenciados ao terra, 16 bits, 100kS/s/ch, conectores tipo BNC, -10V a 10V
Módulo NI 9263 Módulo para Saída Analógica, 4 canais, 16 bits, 100kS/s, conectores tipo parafuso, -10V a
10V
Módulo NI 9402 Módulo para Entrada e Saída Digital, 4 canais, 5V/TTL, conector BNC
Módulo NI 9481 Módulo Relé, isolação 250Vrms entre canais, 4 canais, 30VDC (2A), 60VDC (1A) e 250VAC
(2A)
NI 9936 Pacote com 10 conetores tipo Parafuso
KIT NI 9901 Kit para montagem em bancada
Tabela 5. Preço do Hardware da Bancada dos Alunos - Fonte: National Instruments, 2010 e
representante comercial da empresa
HARDWARE PREÇO EM DÓLAR PREÇO EM REAIS
Chassi NI cDAQ - 9174 + Power Cord, AC, U.S., 120 VAC
$ 780,00
R$ 2.730,00
Módulo NI 9215 with BNC
$ 550,00
R$ 1.925,00
Módulo NI 9263
$ 415,00
R$ 1.452,50
Módulo NI 9402
$ 220,00
R$ 770,00
Módulo NI 9481
$ 175,00
R$ 612,50
NI 9936
$ 55,00
R$ 192,50
KIT NI 9901
$ 55,00
R$ 192,50
TOTAL
$ 2.250,00
R$ 7.875,00
31
Tabela 6. Preço do Hardware da Bancada do Professor - Fonte: National Instruments, 2010 e
representante comercial da empresa
HARDWARE PREÇO EM DÓLAR PREÇO EM REAIS
Chassi NI cDAQ - 9178 + Power Cord, AC, U.S., 120 VAC $
1.220,00
R$ 4.270,00
Módulo NI 9215 with BNC
$ 550,00
R$ 1.925,00
Módulo NI 9263
$ 415,00
R$ 1.452,50
Módulo NI 9402
$ 220,00
R$ 770,00
Módulo NI 9481
$ 175,00
R$ 612,50
NI 9936
$ 55,00
R$ 192,50
KIT NI 9901
$ 55,00
R$ 192,50
TOTAL
$ 2.690,00
R$ 9.415,00
A Universidade Federal do Paraná, devido ao fim a que se destina e pela
importância que representa ao ensino brasileiro, poderá contar com descontos que
podem estar entre os 10 e 15%.
Convém também citar que esta solução pede o uso do Software LabView
que não foi colocado nos custos. Porém, a sua licença departamental para uso em
Universidades é comercializado a partir de 20000 reais. No caso da Universidade
Federal do Paraná, o curso de Engenharia Elétrica já possui uma licença
departamental, e se necessário, deverá apenas renovar a versão com o pagamento
de um certo valor estabelecido pela fabricante.
Outra solução que a National Instruments possui e pode ser aproveitada
para um Laboratório de Controle seria o NI CompactRIO. Esta solução destaca-se
por ser um controlador em tempo real, e é muito usado em indústrias para executar
ações de controle. Conforme foi dito anteriormente, os módulos do NI Compact-DAQ
podem ser usados no CompactRIO. O chassi e seu respectivo controlador, que
marcam a diferença pelo seu poder, custam no mínimo 3 vezes mais que o chassi
do Compact-DAQ. Ainda assim, a aquisição de algumas poucas unidades podem
32
servir para aprimorar o ensino na área de Controle e Sistemas Embarcados, e assim
fica aqui a sugerido como um complemento à solução NI-CompactDAQ.
Na Figura 10, observa-se um modelo NI CompactRIO. Verifica-se que o
equipamento possui um chassi com encaixe de até 4 módulos do tipo NI-
CompactDAQ, e um sistema microprocessado, no lado esquerdo do equipamento,
para interface com o equipamento.
Figura 11. Modelo NI-CompactRIO - Fonte: National Instruments, 2010
Por sugestão do representante comercial da National Instruments do
Paraná, dois modelos NI-CompactRIO e seus preços comercializados no Brasil
(Tabelas 8 e 9):
Tabela 7. Características dos Hardwares NI cRIO 9073/4 - Fonte: National Instruments, 2010
HARDWARE CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS
NI cRio 9073 Chassi 8 slots, 266MHz real time processor, 10/100 ethernet port, RS232 serial port, Memória Sistema 64 MB
NI cRio 9074 Chassi 8 slots, 400MHz real time processor, 10/100 ethernet port, RS232 serial port, Memória Sistema 128 MB
33
Tabela 8. Preço dos Hardware NI cRIO 9073/4 - Fonte: National Instruments, 2010 e
representante comercial da empresa
HARDWARE PREÇO EM REAIS
CHASSI COMPACT RIO cRio-9074 R$ 9.000,00
CHASSI COMPACT RIO cRio-9073 R$ 5.500,00
4.3. COMPARAÇÃO COM SOLUÇÕES DE OUTRA EMPRESA
Para não limitar apenas a um fabricante, comparou-se a solução sugerida
do NI-CompactDAQ com soluções de outra empresa, neste caso a LR Informática
Industrial.
A LR Informática Industrial é uma empresa com sede no Rio Grande do Sul
e filial em Espírito Santo. A empresa existe desde 1993, e tem como papel principal
fornecer soluções para Automação Industrial.
Como parâmetro de comparação, procurou-se por módulos com
características semelhantes aos escolhidos como sugestão. Para isso, fez-se uma
pesquisa de produtos no site e contato com o suporte técnico-comercial da referida
empresa.
Na Tabela 9, os módulos de aquisição com características similares:
Tabela 9. Módulos com características similares - Fonte: LR Informática Industrial, 2010
HARDWARE CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS
USB-1604HS
4 canais para Entrada Analógica, 2 contadores 16 bits, taxa de transmissão 1.33MS/s, conectores tipo BNC, -10V a 10V,-2.5 a 2.5V, -500mV a 500mV
USB-3101FS 4 canais para Saída Analógica, 16 bits, 100kS/s, conectores tipo parafuso, -10V a 10V
USB-1024 Módulo para Entrada e Saída Digital 24bits DIO, 1 contador externo de 32-bit
USB-ERB08 8 relés eletromecânicos, 28VDC (6A), e 240VAC (6A)
Na Tabela 10, os preços dos referidos módulos:
34
Tabela 10. Preços dos módulos similares - Fonte: representante comercial da empresa LR
Informática Industrial
HARDWARE PREÇO EM REAIS
USB-1604HS R$ 13.300,00
USB-3101FS R$ 3.908,00
USB-1024 R$ 780,00
USB-ERB08 R$ 1.749,00
TOTAL $ 19.737,00
Pelo que se pode constatar, o preço da solução semelhante é mais cara
que a sugerida no NI-CompactDAQ, o que representa a desvantagem principal.
Outra desvantagem é que se trata de 4 módulos independentes, o que
ocuparia mais portas USB e mais espaço na bancada dos alunos.
Assim, para uma aplicação em um Laboratório de Eletrônica, com
performance e custos moderados, e apresentando versatilidade, portabilidade e
pouco espaço, a sugestão sugerida se mostra ainda vantajosa.
35
5. COMPARAÇÃO COM INSTRUMENTOS CONVENCIONAIS
Para comparação entre instrumentos virtuais e instrumentos convencionais
deve-se levar em conta a parte econômica e a parte técnica.
Do ponto de vista econômico, realizou-se várias pesquisas de mercado
com o objetivo de recolher a maior quantidade de preços possível com base em
parâmetros pré-estabelecidos.
Assim, foram escolhidos modelos de osciloscópios digitais e geradores de
função das mais variadas características e de fabricantes conhecidos no Brasil
como: Minipa, Icel Manaus, Instrutherm, e Agilent Technologies.
Como é possível visualizar na Tabela 11, com relação aos osciloscópios,
os parâmetros principais nos envolvem Largura de Banda, Número de Canais, Taxa
de Amostragem, Interface e Peso. A Largura de banda foi estabelecida entre 25 e
200 MHz, o Número de Canais entre 2 e 4, e a Taxa de Amostragem acima de
200MS/s. Quanto aos preços, podemos verificar que os modelos de desempenho
inferior compreendem a faixa de preço entre os 1500,00 e os 2600,00 Reais, e os
modelos de desempenho superior podem alcançar os 6400,00 Reais.
Com relação aos geradores de função, os parâmetros principais de
pesquisa foram o número de dígitos no display, a escala de freqüências, a existência
de saídas em Pulso, Amplitude sem carga, e o Peso. A Tabela 12 mostra seis
modelos, algumas das características que serviram como parâmetros e os
respectivos preços. Os modelos da Agilent 33210A e da Icel Manaus DG1022,
possuem como diferencial uma interface USB, algumas características técnicas
superiores aos demais e algumas funções extras, e por isso são mais caros.
36
Tabela 11. Modelos de Osciloscópios pesquisados no mercado e seus preços
MODELO Fabricante Largura de
Banda Nº de Canais
Taxa de Amostragem
Interface Peso (Kg)
PARES SÓ
TUDO
MO-2025 MINIPA 25 MHz 2 250 MS/s USB e RS-232 2.6 R$
1.730,00
MO-2061 MINIPA 60 MHz 2 1 GS/s USB client e
host 2.5
R$ 2.623,00
MO-2100 MINIPA 100 MHz 2 1 GS/s USB client e
host 2.5
R$ 3.033,00
MO-2200 MINIPA 200 MHz 2 1 GS/s USB client e
host 2.5
R$ 4.303,00
DS-1022 ICEL MANAUS 25 MHz 2 400 MS/s USB client e
host 2.3
R$ 2.088,00
OS-2042 ICEL MANAUS 40 MHz 2 500 MS/s USB e RS-232 2.5 R$
1.543,00
DS-1052 ICEL MANAUS 50 MHz 2 1GS/s USB client e
host 2.3
R$ 1.708,00
R$ 1.950,00
OS-2062 ICEL MANAUS 60 MHz 2 500 MS/s USB e RS-232 2.5 R$
2.374,00
OS-2202 ICEL MANAUS 200 MHz 2 500 MS/s USB e RS-232 2.5 R$
3.560,00
DSO-1022
AGILENT TECHNOLOGIES
200 MHz 2 1GS/s USB client e
host 3.0
R$ 5.284,00
DSO-1024
AGILENT TECHNOLOGIES
200 MHz 4 1GS/s USB client e
host 3.0
R$ 6.425,00
Tabela 12. Modelos de Geradores de Função pesquisados no mercado e seus preços
MODELO Fabricante Escala de
Frequências Saída Pulso
Amplitude sem
carga INSTRUTHERM
BRASIL HOBBY
PARES
Agilent Alpha
GF-220 INSTRUTHERM 0.1 Hz a 2 MHz (7)
TTL/CMOS 0 a 20 Vpp R$ 634,00 R$
685,00
GF-550 INSTRUTHERM 0.5 Hz a 2 MHz (7)
TTL 0 a 20 Vpp R$ 725,00 R$
784,00
GV-2002
ICEL MANAUS 0.2 Hz a 2 MHz (7)
1 a 10 Vpp R$
464,00
MGF-4202
MINIPA 0.2 Hz a 2 MHz (7)
2 a 20 Vpp R$
697,00 R$
606,00
33210A Agilent 1mHz a 10MHz
TTL 20mV a 20Vpp
R$
2.687,00
DG1022 ICEL MANAUS 0.1Hz a 20MHz
4mV a 20Vpp
R$
2.560,00
37
Vale também salientar aqui que, tanto a solução convencional quanto a
solução em instrumentação virtual precisariam de Fontes de Alimentação para a
bancada. Na Tabela 13 podemos ver alguns modelos de Fontes e seus preços:
Tabela 13. Alguns modelos de Fontes pesquisados no mercado e seus preços
MODELO Fabricante Saída
Tensão(V) Saída
Corrente(A) Saída Fixa Peso PARES AGILENT
PS 5000 ICEL MANAUS 0-15 0-3 5V/3A 1.5 R$
565,10
MPL 3303 MINIPA 0-32 0-3 5V/3A 8.0 R$
627,40
E3630A
AGILENT TECHNOLOGIES
-20 a +20
0-2,5
3.8
R$ 1.442,91
E3620A
AGILENT TECHNOLOGIES
0-25
0-1
5.0
R$ 1.442,91
Assim, após análise dos preços nas Tabelas 12 e 13 é fácil verificar que
não se consegue comprovar vantagens do ponto de vista econômico, já que um
conjunto osciloscópio+gerador de funções pode custar desde 2000,00 Reais até
9000,00 Reais, sem comprometer os requisitos mínimos que um laboratório deve ter.
Na parte técnica, a taxa de amostragem dos instrumentos convencionais se
mostra superior, mas perde em termos de precisão, já que seus instrumentos têm na
sua maioria 8 bits e os módulos de aquisição do NI-CompactDAQ têm 16 bits de
precisão.
Ainda assim, a solução em instrumentação virtual oferece vantagem em
termos de peso e espaço, já que se trata de um equipamento apenas e cujo peso
não passa de 2.5 Kg. Outra vantagem é que para além da fácil integração com
outros sistemas, a infraestrutura física poderá ser utilizada também para um
laboratório de informática. Do ponto de vista didático, o aluno só teria a ganhar, uma
vez que estaria tendo contato com uma tecnologia nova e bem próxima do que ele
poderá encontrar em um processo industrial depois de sair da faculdade.
Assim, a existência de um laboratório de instrumentação virtual continua
sendo válida apesar de um pouco mais cara e por perder em alguns aspectos de
desempenho. A possibilidade de integrar em um mesmo equipamento sensores,
relés, e módulos de aquisição de dados, e ainda usufruir de um laboratório
multifuncional são vantagens que devem ser levadas em consideração em um
sistema cada vez mais presente no mercado profissional.
38
6. CONCLUSÃO
O avanço da eletrônica concomitante ao da computação permitiu a criação
de uma nova técnica de instrumentação definida como instrumentação virtual, na
qual se alia um hardware para aquisição de dados a um computador dotado de um
software especifico para leitura e armazenamento.
Comparando a instrumentação virtual à convencional destaca-se como
vantagem a flexibilidade dos instrumentos, a portabilidade e a facilidade em
integração dos equipamentos. Entretanto, em sua maioria, o hardware de aquisição
são inferiores em desempenho, comparados aos instrumentos comuns.
O software é o elemento mais importante que compõe o instrumento virtual,
sua construção determina a maneira com a qual os dados serão adquiridos,
processados, manipulados e mostrados para o usuário. Através do programa é
possível personalizar o equipamento, moldando-o de acordo com a aplicação
desejada, tornando a ferramenta flexível, ou seja, é possível modificar a função do
instrumento alterando somente o software e utilizando o mesmo hardware.
O ambiente de desenvolvimento gráfico Labview, utilizado na
instrumentação virtual, baseia-se na programação em fluxo de dados e usa
representações gráficas ou simbólicas de funções e dados para acelerar o
desenvolvimento.
As funcionalidades gráficas dos computadores são amplamente exploradas
pela instrumentação virtual. As interfaces gráficas são construídas com base em
interações com janelas e ícones para se acionar comandos e para se monitorar a
operação dos sistemas de medição, o que permite implementar uma interface de
usuário semelhante a dos instrumentos convencionais.
O instrumento virtual tem seu desempenho diretamente vinculado ao
hardware utilizado, portanto a sua escolha deve ser bem ponderada. Tendo como
foco o laboratório didático aplicado para cursos de Engenharia Elétrica, propõe-se o
uso da plataforma NI-CompactDAQ, cuja proposta consiste no chassi com quatro
módulos (entrada analógica, saída analógica, entrada e saída digital e relés).
O NI-CompactDAQ mostrou-se mais adequado, pois comparado com as
demais soluções existentes no mercado foi o equipamento que conseguiu englobar
a maior quantidade de características relevantes à aplicação, como versatilidade,
39
mobilidade, capacidade de expansão, tipos de conectores disponíveis, desempenho
e custo - benefício.
A instrumentação virtual é uma solução inovadora com aplicação cada vez
mais forte no setor industrial, portanto torna-se interessante ao plano de ensino de
um curso de Engenharia Elétrica, pois é essencial para o curso oferece ao aluno
contato com as tecnologias utilizadas no campo profissional.
Comparado com o laboratório convencional, o laboratório com instrumentos
virtuais consegue atender da mesma forma as necessidades dos alunos e ainda
oferece algumas vantagens, os equipamentos podem ser integrados e modificados
para adequação aos experimentos facilmente, a estrutura física necessária é mais
simples e pode ser utilizada como um laboratório de informática.
Um laboratório de instrumentação pode ser utilizado de forma
multidisciplinar, podendo ser aplicado no ensino de telecomunicações, automação,
eletrônica e eletrotécnica, sua configuração pode ser alterada, através de
modificações no software ou troca nos módulos de hardware, para se adequar ao
conteúdo a ser ministrado.
A instrumentação virtual é uma alternativa atrativa e viável aos cursos de
Engenharia Elétrica, permitindo que os alunos tenham contato com tecnologias
diferentes e presentes no cotidiano de um engenheiro, além de possibilitar que eles
próprios desenvolvam seus instrumentos de medição, dessa forma abrindo novas
possibilidades para pesquisas, monografias e cursos de pós-graduação.
40
7. REFERÊNCIAS
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acesso pela Internet. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica, 128f.
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Instrumentação, 35f. Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, Curitiba
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de Especialização em Instrumentação, Automação, Controle e Otimização de
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