O documento discute instrumentos virtuais e sistemas de aquisição de dados. Explica que instrumentos virtuais combinam hardware, placas de aquisição de dados e software para coletar e analisar dados. Também descreve considerações importantes para projetar sistemas de aquisição de dados e apresenta exemplos de aplicações como calibração e medição de grandezas físicas.

1. Capítulo 2Capítulo 2
Virtual Instruments

2. Instrumento Virtual
• O instrumento virtual consiste da combinação de
hardware, placas de aquisição de dados ou
instrumentos tradicionais, para aquisição de dados
e software para testes que analisa e apresenta os
dados adquiridos. Normalmente são utilizados com
PCs.
• A funcionalidade do instrumento virtual é
especificado pelo usuário e definido pelo software,
atendendo todas as suas necessidades; caso o
ensaio seja alterado ou criado um novo, basta alterar
o software para que novas funções sejam
incorporadas, oferecendo assim uma flexibilidade
enorme quando comparado com os instrumentos
tradicionais.

3. Instrumento Virtual - Cont.
• Ainda quando da existência dos instrumentos
tradicionais, estes podem ter as suas funções
incrementadas através de funções matemáticas e de
interfaces amigáveis com o usuário implementadas
via software. Isto permitirá uma sobrevida ao
instrumento passando este a contar com recursos
antes inexistentes ou excessivamente dispendiosos.

4. Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados
Para a correta especificação de um sistema de
aquisição de dados deve-se levar em conta o :
Tipo de sinal a ser medido
Verificar a grandeza a ser medida, para a escolha do
sensor e transdutor ; estas grandezas podem ser:
– Temperatura, Pressão, Força, Pressão, Peso,
Tensão, Corrente, Sinais de Vibração e Acústica e
Outros.

5. Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados - Cont. 1
Condicionamento do Sinal
Os sensores normalmente requerem a adequação do
sinal antes de serem conectados ao dispositivo de
aquisição de dados. Os condicionadores de sinal são
usados para :
– Amplificar
Isolar
Filtrar
Excitar
Multiplexar

6. Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados - Cont. 2
Dispositivo de Aquisição de Dados
Para a escolha do dispositivo de aquisição de dados
devemos observar os seguintes aspectos :
– Sinal a ser medido
Precisão
Resolução
Taxa de amostragem
Número de canais
Expansão do número de canais
Plataforma computacional
Tipo de barramento ou interface

7. Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados - Cont. 3
Software Aplicativo
Definir os recursos necessários no sistema de testes:
– Interface com o usuário
Dados devem serem armazenados
Formato do arquivo
Análises e cálculos
Relatórios
Banco de dados
Distribuição dos dados e relatórios
Publicação na Intranet ou Internet
Sistema operacional

8. Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas
• Atualmente os sistemas de aquisição de dados e de
testes e medidas seguem o conceito de
"Instrumentação Virtual", onde software é o
instrumento.
• Utilizando o ambiente gráfico de programação
LabVIEW, e placas de aquisição de dados da
National Instruments reduzimos drasticamente o
tempo de desenvolvimento e conseqüentemente o
valor do investimento a ser realizado pelo cliente.

9. Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas - Cont. 1
• A integração dos equipamentos já existentes
utilizando o PC como interface permite um melhor
aproveitamento e total controle sobre os testes. O
gerenciamento, sequenciamento e a parametrização
dos testes são realizados por uma interface comum e
a geração de relatórios e controle de resultados é
otimizado.
• Ainda permite a disponibilização dos dados coletados
e relatórios em qualquer ponto da rede corporativa,
por meio de um banco de dados, promovendo a
integração dos laboratórios com o sistema
corporativo.

10. Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas - Cont. 2
• O uso da tecnologia baseada em PC conferem
características de modularidade, flexibilidade,
portabilidade, integração e atualização que não são
encontradas em equipamentos convencionais.
• Um sistema deste tipo permite a realização de
testes totalmente automatizados, reduzindo a
necessidade de acompanhamento do ensaio por
parte do usuário, podendo este dedicar maior tempo
à análise dos resultados do ensaio.

11. Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas - Cont. 3
• O funcionamento do sistema pode ser descrito da
seguinte forma : coleta do sinal, adequação do sinal
para ser digitalizado, digitalização do sinal, software
para o gerenciamento do ensaio e coleta de dados.

12. Componentes de um Sistema de
Aquisição de Dados e de Testes e
Medidas
• Transdutor - converte uma grandeza física
(temperatura, força, pressão, etc.) em elétrica (V,
mV, A, freqüência, etc). TC, RTD.
• Atuadores - dispositivo para ativar equipamentos de
controle usando pneumática, hidráulica ou elétrica.
Atuador de válvula.
• Condicionadores de sinal - asseguram a qualidade
do sinal antes da conversão A/D, amplificando,
filtrando, linearizando, compensando a junta fria.
Amplificadores, filtros, etc.

13. Componentes de um Sistema de
Aquisição de Dados e de Testes e
Medidas - Cont.
• Placas de aquisição e controle - também
chamadas de placas "plug-in" elas realizam a
conversão do sinal analógico para digital (A/D) para
que o PC possa processar ou armazenar o sinal, ou
o contrário (D/A) permitindo ao PC controlar eventos,
I/O digitais para monitoração ou acionamento de
chaves, contadores e timers para medidas de largura
de pulso, freqüência, etc.
• Software - responsável por todas as funções do
sistemas de testes, interface com o usuário,
armazenamento e análise dos dados ; é o que
permite o uso do PC como instrumento.

14. Benefícios
• Os sistemas de testes automatizados permitem
inspecionar 100% da produção. A detecção de falhas
no produto pode ser realizada nas diversas fases da
montagem e isto garante a manutenção de altos
índices de qualidade.
• Os recursos utilizados na implementação de um
sistema automatizado de testes não deve ser
encarado como um custo e sim como um
investimento e um compromisso de qualidade e
confiança com o cliente.

15. Benefícios - Cont.
O controle efetivo de qualidade na linha de produção
permite :
• a correção do defeito antes do estágio final de
montagem, reduzindo os custos;
• reduzir o índice de remanufatura e rejeitos;
• facilitar a identificação de problemas no
processo;
• assegurar o controle de qualidade em 100% da
produção;
• conquistar a satisfação do cliente com relação
ao produto

16. Aplicações
As aplicações para sistemas de aquisição de dados e
testes e medidas são as mais variadas, limitado
somente por nossa criatividade. Como as mais usuais
podemos citar :
• Calibração ;
• Controle Dimensional ;
• Medidas de Grandezas Físicas e Elétricas ;
• Automatização da Seqüência de Testes ;
• Controle de Processos ;
• Coleta e Análise de Dados ;
• Sinóticos do Processo ;
• e Outras .

17. Instrumentos Virtuais - LabVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering
Workbench) é uma linguagem de programação
desenvolvida pela National Instruments.
O LabVIEW é diferente das usuais linguagens de
programação em um aspecto importante. Ao invés de
utilizar linhas de código, ele utiliza uma linguagem
gráfica conhecida como linguagem G que é composta
de muitos nodos conectados.

18. O LabVIEW tem um compilador gráfico aperfeiçoado
para maximizar o desempenho do sistema. O LabVIEW
simplifica o desenvolvimento do programa, e também
diz imediatamente ao usuário quando um erro foi
cometido. Como também produz um código que pode
ser reutilizável. LabVIEW é usado como um substituto
para as linguagens baseadas em linhas de código,
permitindo ao usuário observar o que o programa está
fazendo literalmente, deste modo, você pode inserir um
pedaço de código esquecido, e pode estudar como o
dados estão “viajando”. Ele tem extensivas bibliotecas
de funções para qualquer programa.
Os programas no LabVIEW são chamados de Virtual
Instruments (VI’s) porque a aparência e as operações
simulam instrumentos reais.

19. Exemplo de uma VI em LabVIEW
Osciloscópio de Dois Canais

20. Exemplo de outra VI em LabVIEW
Analisador de Espectro

21. Tutorial LabVIEW - 1
No Painel Frontal do LabVIEW, selecione Waveform
Chart do Arrays and Graphs palette.

22. Tutorial LabVIEW - 2
Próximo ao chart, adicione um Vertical Toggle Switch
selecionando - o no Boolean palette. .

23. Tutorial LabVIEW - 3
Mude para o Diagrama de Fluxo de Dados do LabVIEW
( CTRL + E ). Selecione o While Loop do Structures
palette e arraste-o de forma que os terminais chart e
o switch fiquem dentro do mesmo.

24. Tutorial LabVIEW - 4
Selecione o Digital Thermometer VI do Tutorial palette
e coloque a subVI dentro do While Loop. A cada tempo
da execução do loop , o valor de temperatura será lido.

25. Tutorial LabVIEW - 5
Usando a ferramenta wiring tool ( carretel ) , conecte a
Digital Thermometer VI no terminal chart. A cada loop
o valor da temperatura será lido e mostrado no chart
( gráfico registrador ).

26. Tutorial LabVIEW - 6
Conecte o terminal On/Off no controle do While Loop.
Enquanto a chave On/Off estiver na posição ON, o
programa continuará a adquirir o valores de
temperatura.
.

27. Tutorial LabVIEW - 7
Retorne ao Painel Frontal selecionado a opção Show
Panel do menu Window ou pelo atalho CTRL + E .
Coloque a chave na posição ON e pressione o botão
“Rodar”. “Salve” a VI .

28. Partes Principais de uma VI e subVI
• Vis e subVIS têm três partes principais : o front
panel, o block diagram e o icon/connector.
• Front panel ( painel frontal ) : é a interface
interativa do usuário com a VI. Contém
potenciômetors, botões pulsadores, gráficos e muitos
outros controles e indicadores. O termo control é
relacionado com entradas e o termo indicators com
as saídas do programa.

29. Partes Principais de uma VI
e subVI - Cont. 1
• Block diagram ( diagrama de fluxo de dados ) : é
o código fonte da VI. O código fonte é escrito em
linguagem de programação G. O código fonte de
uma VI na verdade não é escrito e sim feito com
ícones gráficos ligados através de conexões por fios.
O block diagram é o código executável. Os ícons
( ícones ) de um block diagram representam VIs de
baixo nível, funções internas ( built-in ) e estruturas
de controle de programa. A execução de um
programa em linguagem G é orientado por um fluxo
de dados e não por uma execução linear de linhas de
código.

30. Partes Principais de uma VI
e subVI - Cont. 2
• Icons e Connectors ( ícones e conectores ) :
especificam o caminho do fluxo de dados dentro e
fora das VIs. O icon é a representação gráfica da VI
no block diagram e o connector define as entradas e
saídas. Todas as VIs têm um ícone e um conector.
Icon Connector

31. ResumoResumo
Virtual Instruments - LabVIEW

32. Virtual Instrument

33. Criando Painéis e Diagramas

34. Diagrama

35. Caixa de Ferramentas
Menu Window / Show Tools Palette

36. Construindo uma VI
• Crie uma VI ( Simple Math.vi ) que execute as
seguintes funções :
– Some dois números e mostre o resultado ;
– Multiplique os mesmos dois números e mostre o resultado ;
– Compare os dois números de entrada e acenda um LED se
os números forem iguais.

37. Fluxo dos Dados no LabVIEW
• Considere o block diagram da VI mostrada abaixo que soma
dois números e e calcula o seno do resultado. Neste caso, o
block diagram executa da esquerda para direita, não porque os
objetos são colocados na ordem, mas porque uma das
entradas da função Sine & Cosine não é válida até que a
função Add tenha somado os números. ( DataFlowA.vi )
execução highlighting

38. Fluxo dos Dados no LabVIEW
• Considere o block diagram da VI mostrada abaixo. Qual código
executa primeiro? O código da esquerda ou da direita? Você
não pode responder esta questão somente olhando os códigos.
O código da esquerda não é executado necessariamente
primeiro. Nas situações onde um código deve ser executado
antes do outro e não existe nenhum tipo de dependência entre
as funções, você deve usar a estrutura SEQUENCE para forçar
a ordem de execução. ( DataFlowB.vi )
execução highlighting