TUTORIAL AQUISI£â€£’O DE SINAIS USANDO LABVIEW E recomenda-se a instala£§££o dos softwares Labview e

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  • Autor: Breno Ebinuma Takiuti

    Revisão: Gabriela Alexandra A. Ferreira

    Ilha Solteira, Janeiro de 2013.

    TUTORIAL: AQUISIÇÃO DE SINAIS USANDO LABVIEW E MATLAB

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    1. Introdução

    Um dos instrumentos amplamente utilizados no laboratório de controle e sistemas

    inteligentes é a placa de aquisição de dados da National Instruments. Este tutorial tem como

    objetivo fornecer instruções básicas acerca da utilização deste instrumento, abrangendo o

    processo de instalação até a transferência de dados para o Matlab. Salienta-se de antemão que

    este tutorial não apresenta instruções para a criação de VIs (Virtual Instruments) no Labview,

    sendo assim necessária a utilização de VIs prontos ou a utilização de outro tutorial

    relacionado ao assunto.

    Este tutorial não apresenta instruções para a instalação dos softwares necessários para a

    realização dos experimentos, portanto para que se possa iniciar o estudo deste tutorial

    recomenda-se a instalação dos softwares Labview e Matlab.

    Uma recomendação para a melhor compreensão deste tutorial é que o usuário possua um

    conhecimento básico a cerca da utilização do Matlab, no entanto este não é um pré-requisito.

    AVISO: Somente a leitura deste tutorial não habilita o aluno a realizar os experimentos

    por conta própria. Sempre que for realizar um experimento pela primeira vez, deve-se

    estar acompanhado de um tutor apto. Lembrando que esta é uma das regras para a

    utilização dos laboratórios no departamento, portanto, é essencial que o aluno já tenha

    recebido ou lido todas as instruções e regras dos laboratórios do departamento.

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    2. Guia Prático

    Esta seção contém um passo-a-passo de todo o processo de aquisição de sinais, iniciando-

    se pela instalação do equipamento até a transferência dos dados para o Matlab, onde será

    possível avaliar graficamente o sinal adquirido.

    Para este tutorial foram utilizados as placas da National presentes no Laboratório de

    Controle e Sistemas Inteligentes, são eles os modelos USB-6211 e USB-6251.

    2.1. Instalação

    Antes de iniciar a instalação da placa de aquisição, deve-se sempre checar se a

    voltagem em que o computador ou qualquer equipamento a ser utilizado está ligado à

    fonte de tensão adequada. Hoje em dia, a maioria dos equipamentos eletro/eletrônicos são

    bivolt, no entanto, grande parte dos equipamentos utilizados nos laboratórios da

    engenharia mecânica da FEIS NÃO SÃO bivolt, portanto, exigem uma maior atenção

    quando for ligá-los pela primeira vez.

    Figura 1 – Ligação da fonte de alimentação.

    Para a utilização da placa modelo NI USB-6211 não é necessária a utilização de uma

    fonte externa, sendo ela suprida pelo próprio USB. Já no caso do USB-6251 existe essa

    necessidade. Assim, ressalta-se novamente o aviso de verificar a tensão da fonte.

    Depois de ligada a fonte, conecta-se o cabo USB da placa ao computador que será

    utilizado para a realização dos experimentos e que deve detectar automaticamente a placa.

    O passo seguinte é verificar se a placa foi efetivamente reconhecida e está

    devidamente ligada. Para isso deve-se verificar o acionamento do LED, que encontra-se

    ao lado da entrada para o cabo USB (figura 2)

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    Figura 2 – LED de acionamento da placa.

    Caso o LED esteja aceso, deve-se verificar o funcionamento da placa utilizando o

    aplicativo “Measurement & Automation” que é instalado junto com o Labview e aparece

    no desktop após a instalação. A janela aberta deve parecer como mostra a figura 3. Siga

    os seguintes passos para a verificação:

    1. Em Measurement & Automation expanda a seção “Devices and Interfaces” presente no lado esquerdo da janela;

    2. Procure pelo dispositivo utilizado, que no exemplo é o modelo USB-6211. Caso o ícone ao lado do dispositivo estiver verde, significa que o dispositivo

    foi reconhecido e que está pronto para ser testado;

    3. Clique no botão “Self-Test”. O programa irá testar a placa; 4. Uma janela indicando “success” aparecerá caso ela esteja funcionando

    corretamente. Caso contrário será necessário resetar a placa.

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    Figura 3 – Measurement & Automation

    O procedimento para resetar a placa é a mesma para o caso em que o LED não

    acendeu e para o caso em que ocorreu erro no self-test. O procedimento é o seguinte: em

    Measurement & Automation selecione a opção “tools” e em seguida “reset configuration

    data” (figura 4).

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    Figura 4 – Resetar a placa.

    Verifica-se novamente o acionamento do LED. Caso ele não acenda, deve-se

    consultar o responsável para a verificação do funcionamento do equipamento.

    2.2. Montagem do experimento real

    Para a montagem do experimento recomenda-se a utilização de um protoboard, para

    que não seja necessária a constante troca dos fios ligados à placa. O circuito para adquirir

    e emitir sinais através de um piezelétrico (PZT) é mostrado na figura 5.

    AVISO: Recomenda-se sempre tirar fotos e tomar nota de todos os dados envolvidos na

    realização dos experimentos.

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    Figura 5 – Circuito para a aquisição de dados de um PZT.

    Como pode ser observado na figura 5, existem três possíveis configurações para a

    aquisição de sinais em PZTs:

    A primeira é utilizada para a calibração do sistema. Em geral, os VIs possuem a opção

    de realizar a calibração, medir utilizando a calibração e medir sem calibrar.

    Já segunda é a configuração “Para medir” o qual é utilizado para emitir e ler usando

    um único PZT.

    Por fim a terceira configuração é para emitir um sinal através de um PZT e ler o sinal

    através de outro.

    Uma prática comum é unir todos os “terras” em um ponto só. Isso facilita a ligação,

    mas não é obrigatório.

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    2.3. Exemplo de aquisição de dados

    Como exemplo para este tutorial utilizaremos o VI “Impedance Analyzer 2.0”

    presente no computador utilizado para a detecção de danos estruturais na “janela” do

    laboratório de materiais e sistemas inteligentes. O VI tem a aparência como mostrada na

    figura 6.

    Figura 6 – Impedance Analyzer 2.0

    O primeiro passo é a calibração do sistema. Para isso sega os seguintes passos:

    1. Monte o circuito “Para calibrar” mostrado na figura 5; 2. Selecione “ajustar DAQ” em “Operação”; 3. Ajuste todas as outras opções (frequência inicial, frequência final, amplitude,

    etc) de acordo com as necessidades do seu experimento;

    4. Clique no botão “run”;

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    Figura 7 – Calibração.

    Com isso um arquivo denominado “Calibration.lvm” será criado conforme indicado

    em “Calibration File”. Note que em dependendo do VI, não aparecerá nenhum aviso

    indicando que o “ajuste” foi completado com sucesso. Isso ocorre no VI usado como

    exemplo, portanto, a única forma de identificar que o processo foi terminado é

    observando o botão “run” que estará branco enquanto estiver ocioso e passará para preto

    quando estiver rodando os testes.

    Após a calibração do sistema, basta alterar a opção “Calibration” para “Measuring

    with Calibrating Signal”.

    Quanto às outras opções o usuário deve configurar conforme o seu experimento,

    tomando cuidado para não ajustar o valor da tensão para maior que 10V, de preferência

    entre 1 e 5V, para que não ocorra a despolarização do PZT.

    Os valores de AO e AI correspondem aos terminais por onde o sinal será emitido

    (AO) e recebido (AI) e devem ser ajustados de acordo com a montagem do circuito. No

    exemplo presente os terminais utilizados foram o Dev1/ao1 e Dev1/ai1. Caso seja

    utilizado mais de um sensor e emissor, deve-se configurar também os valores de AO2,

    AO3, etc.

    Lembre-se sempre de anotar ou tirar PrintScreen dos valores configurados para

    consultas futuras.

    Por fim, clique em “run” novamente para iniciar o processo de aquisição.

    Os dados adquiridos são salvos como referenciados nas opções “Salvar Dados...”.

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    2.4. Exportar para Matlab

    Para exportar para o Matlab utilizaremos novamente o exemplo anterior. Como pode

    ser visto na figura 9, os dados foram salvos na pasta “C:\SHM\Imp” e “C:\SHM\Time”.

    Procure por estas pastas no Windows explorer. Nessas pastas poderão ser encontrados os

    arquivos no formato “.lvm” ou “.dat”, dependendo do VI que for utilizado.

    Verifique o nome dos arquivos gerados. Neste exemplo as medidas em frequência

    foram nomeadas como “F_1.lvm”. O nome do arquivo pode ser alterado no próprio VI.

    Pr