Schede di acquisizione dati

Esercitazione Schede di acquisizione dati - 1

Esercitazione

Schede di acquisizione dati

1 - Oggetto

• Impiego di una scheda di acquisizione dati plug-in. Predisposizione dei parametri.

• Acquisizione da scheda. Memorizzazione su file e lettura da file.

• Progetto di strumenti virtuali di base.

2 - Strumentazione impiegata

• Scheda DAQ National Instruments PCI 6024E.

• Software National Instruments Labview.

• Personal Computer.

3 - Predisposizione della scheda DAQ

Per effettuare l’acquisizione di segnali esterni occorre fornire al driver della scheda i seguenti parametri (fra parentesi si riportano i valori di default):

• identificativo del canale (0),

• numero di campioni per forma d’onda (1000),

• numero di campioni al secondo (5000),

• limite superiore (+ 10 V) e limite inferiore (- 10 V) del range di ingresso.

I dati campionati e acquisiti consentono la visualizzazione della forma d’onda.

Per quanto riguarda il potenziale di riferimento dei segnali applicati è stata scelta la modalità RSE (Referenced single-ended, con riferimento a massa). Tale modalità è idonea quando sia possibile riferire tutti gli ingressi contemporaneamente applicati alla scheda ad un punto comune e questo possa essere posto al potenziale di massa. Ciò, per esempio, è possibile quando i segnali provengono dal generatore di funzione floating.

Sono state preliminarmente realizzate alcune porzioni di strumenti virtuali, di impiego veramente generale, che poi sono stati riuniti nello strumento Acquire, Read & Save.VI.

Tale strumento consente innanzitutto di acquisire (Acquire) con continuità segnali dal canale selezionato ed eventualmente di salvare (Save) la forma d’onda. La porzione Read dello strumento consente di riprodurre una forma d’onda precedentemente memorizzate su file, attribuendole, se necessario, un guadagno e un offset.

Nelle Fig.3.1 e Fig.3.2 sono riportate le parti del diagramma a blocchi relative ad Acquire e

Read. La porzione Save è riportata in Fig.3.3.

Esercitazione Schede di acquisizione dati - 2

Fig.3.1 - Porzione Acquire.VI del diagramma a blocchi.

Fig.3.2 - Porzione Read.VI del diagramma a blocchi.

Esercitazione Schede di acquisizione dati - 3

Fig.3.3 - Porzione Save.VI del diagramma a blocchi.

La quantizzazione

Per visualizzare gli effetti della quantizzazione è stato esplorato un tratto di un segnale sinusoidale di bassa frequenza ed è stata acquisita una forma d’onda con le impostazioni riportate nel pannello frontale dello strumento di Fig.3.4. Il convertitore A/D della scheda ha 12 bit e infatti l’intervallo di quantizzazione risulta: q = FSR/2

= 10/4096 = 0,00244141 V.

Fig.3.4 – Quantization.VI: Pannello frontale con zoom sullo step di quantizzazione.

Esercitazione Schede di acquisizione dati - 4

4 - Esempi di strumenti virtuali

Nel seguito si riportano due esempi di strumenti virtuali che consentono di realizzare le funzioni tipiche dei voltmetri e dei wattmetri digitali, operando su dati campionati.

Sono state implementate sia le versioni per il funzionamento on-line sia quelle che operano su file, memorizzati in opportuno formato (per esempio ottenuti con lo strumento Acquire.VI).

DVM.VI

Lo strumento virtuale DVM.VI riproduce una forma d’onda e ne visualizza alcune caratteristiche (la frequenza, calcolata con algoritmo di zero crossino, e il valore efficace).

Lo strumento svolge le funzioni di un Digital Volt Meter. In Fig.4.1 viene riportato il pannello frontale dello strumento che visualizza l’andamento di un segnale non sinusoidale distorto.

Fig.4.1 - Pannello frontale dello strumento virtuale DVM.VI.

Per il calcolo del valore efficace (rms) della forma d’onda, occorre conoscere il periodo e la frequenza del segnale. Pertanto il diagramma a blocchi ingloba al suo interno il sottoprogramma Frequency.VI già visto in precedenza. Un’evoluzione del DVM.VI è il successivo VIP.VI.

VIP.VI

Lo strumento VIP.VI (vedi Fig.4.2) legge e raffigura le forme d’onda di tensione e corrente su un carico. Ne calcola la frequenza e i valori efficaci e infine visualizza l’andamento della potenza istantanea (prodotto tra i campioni di tensione e corrente) e dell’energia (integrale della potenza nel tempo). Lo strumento svolge quindi le funzioni di voltmetro (V), amperometro (I) e wattmetro (P).

In particolare, il pannello frontale raffigurato in Fig.4.2 si riferisce al rilievo della tensione e della corrente in uscita dal gruppo di continuità (UPS) che alimenta le linee dei computer al DIEE. Sia la tensione che la corrente sono state trasdotte con opportuni dispositivi di interfaccia che realizzano il necessario isolamento galvanico fra la rete elettrica (220 V, 50 Hz) e la scheda di acquisizione dati. Nel pannello frontale, gli andamenti istantanei di tensione e corrente sono stati riportati in unità p.u. (peruno), cioè rapportati al valore di picco.

Quindi: per la tensione il valore uno in ordinate corrisponde a V

= 316,0 V; per la corrente

Esercitazione Schede di acquisizione dati - 5

il valore uno corrisponde al I

= 81,0 A. Anche la potenza e l’energia istantanea sono state riportate in peruno. In particolare, la potenza istantanea ha valore massimo di 25274,2 W e il valore medio, ovvero la potenza attiva, è pari a 4791,0 W.

Fig.4.2 – Pannello frontale di VIP.VI ed elaborazioni per la potenza e l’energia.