Capitolo 7: Gestione della scheda di pilotaggio e
acquisizione
7.1 Scheda NI6025E
Il controllo dei multiplexers e l’acquisizione da parte del PC è stata realizzata con la scheda da laboratorio NI6025E della National Instruments, che dispone di sedici ingressi e due uscite analogiche, di trentadue linee digitali di I/O e un sistema di sincronizzazione in tempo reale tra i vari eventi.
Gli ingressi analogici sono accessibili tramite i pin ACH dal numero 0 al numero 15 figura (7.1):
Gli ingressi sono configurabili via software in tre diverse modalità:
• NRSE (nonreferenced single-ended input) • RSE (referenced single-ended input) • DIFF (differential input)
Nella modalità a singolo terminale non riferito (NRSE) un’unica linea analogica è collegata all’ingresso positivo dell’amplificatore a guadagno programmabile (PGIA), interno alla scheda; l’ingresso negativo dell’amplificatore è connesso ad un piedino specifico AISENSE che funge da riferimento.
Nella modalità a singolo terminale con riferimento (RSE) è utilizzata una singola linea analogica connessa all’ingresso positivo dell’amplificatore a guadagno programmabile, mentre l’ingresso negativo del PGIA è collegato internamente a massa.
Nella modalità differenziale (DIFF) due ingressi analogici sono collegati agli ingressi del PGIA.
La modalità qui usata è la RSE.
La scheda NI6025E dispone di un convertitore A/D di tipo SAR a 12bit e capace di campionare fino a 200KHz. Nella tabella seguente sono riportati i guadagni impostabili sulla scheda per singolo canale, gli intervalli di tensioni consentiti e la corrispettiva precisione:
Guadagno Range del segnale di ingresso Precisione 0.5 -10 ÷ +10V 4.88mV 1.0 -5 ÷ +5V 2.44mV 10.0 -500mV ÷ +500mV 244.14µV 100.0 -50mV÷50mV 24.41µV Tabella 7.1
Risulta evidente che all’aumentare del guadagno diminuisce la precisione, dato che il convertitore a 12 bit ha comunque un’incertezza corrispondente a 1 LSB.
In figura 7.2 è riportata parte della struttura della scheda:
7.2 Software di gestione in LabVIEW™
Le funzioni della scheda della NI sono utilizzabili tramite il software LabVIEW. Questo è un ambiente di sviluppo che consente di creare programmi per la completa gestione di periferiche, come la scheda NI6025E o la seriale del PC.
LabVIEW è un linguaggio di programmazione grafica che utilizza icone invece di linee di testo per creare applicazioni. Diversamente dai linguaggi di programmazione testuali, in cui le istruzioni determinano l’esecuzione del programma, LabVIEW utilizza la programmazione basata sul flusso di dati, in cui è il flusso dei dati a determinare l’esecuzione. L’immagine, tratta dal programma realizzato, in figura 7.3 è uno scenario tipico che si presenta lavorando con LabVIEW:
7.2.1 Il programma realizzato
L’algoritmo implementato esegue, attraverso un ingresso analogico della scheda NI6025E, l’acquisizione continua della tensione in uscita dall’amplificatore da strumentazione; nel frattempo i multiplexers sono indirizzati, con i canali digitali di I/O, in modo che i primi otto dei loro ingressi siano selezionati ciclicamente, rendendo disponibile all’amplificatore la d.d.p. ai capi di ogni sensore.
In figura 7.4 è mostrato il diagramma a blocchi del sistema:
Figura 7.4
La freccia a tratto alterno indica che non c’è una connessione elettrica, ma un’interazione di tipo meccanico.
Il programma dispone di un’interfaccia grafica (figura 7.5) che permette di variare agevolmente alcuni parametri:
SENSORI SCHEDA DI PILOTAGGIO E ACQUISIZIONE MULTIPLEXERS AD623 DIO AOCH ACH 16 4 1 1 APPARATO DI TEST NI6025E LabVIEW
PC
RS 232• la tensione in ingresso al transconduttivo, soluzione di più immediata regolazione, che può essere scelta in alternativa al riferimento presente sulla scheda di controllo, aggiustabile tramite potenziomentro
• il numero di cicli di programma da compiere, durante i quali si acquisisce in modo continuo
• la tempistica e la dinamica del sistema di test del tessuto sensorizzato, descritto in seguito
• il percorso dove memorizzate il file di testo con le acquisizioni memorizzate
• i pulsanti di selezione per ogni singolo canale che si vuole acquisire, accanto alle finestre dei grafici che visualizzano l’andamento delle tensioni
Figura 7.5: Interfaccia del programma in Labview
Per utilizzare correttamente il programma in LabVIEW devono essere seguiti alcuni passi:
impostare
1. la tensione Vs che pilota il generatore di corrente
2. il numero di cicli di acquisizione da effettuare
3. il tempo di rilascio del sistema che sollecita il sensore all’inizio di ogni ciclo
4. il tempo durante il quale il sensore è stimolato durante ogni ciclo 5. il tempo di rilascio alla fine di ogni ciclo
7. la posizione finale del apparato di test per ogni ciclo 8. i canali da cui si desidera acquisire
9. avviare il programma
7.3 Collaudo
La scheda di pilotaggio insieme al programma LabVIEW costituiscono quanto è stato compiuto per utilizzare il tessuto con i sensori.
Preliminarmente, è stata condotta una fase di collaudo per assicurarsi del buon funzionamento. L’array di sensori è stato simulato con una serie di resistori di valore noto; in breve è stato verificato sperimentalmente quanto era stato previsto dai calcoli di progetto: impostata la corrente tramite Vs, le tensioni
risultanti sui resistori hanno soddisfatto la legge di Ohm, verificando la corrispondenza tra il valore noto dei resistori e il valore calcolato.
7.4 Apparato di test dei sensori
Constatato il buon funzionamento dell’elettronica e del programma LabVIEW, è stata considerata la verifica dell’effettivo funzionamento del tessuto sensorizzato.
E’ stato usato un dispositivo meccanico composto da un servomotore che movimenta da un’estremità un’asta metallica che esercita una pressione sul sensore che si desidera stimolare; l’estremità che viene, eventualmente, a contatto
col sensore è rivestita di materiale isolante, per non perturbare elettricamente la misura.
Il servomotore è controllato con un’apposita scheda (che può pilotare fino a otto motori) collegata alla seriale del PC, anch’essa comandata con LabVIEW.
E’ possibile calibrare l’altezza del piano orizzontale su cui si muove l’asse agendo su un’apposita manopola; il tessuto è messo in opera su un supporto girevole e bloccabile nella posizione desiderata.
La distanza del motore dal tessuto è regolabile muovendo il sostegno del motore lungo un’opportuna guida, fissando la distanza richiesta.
È così possibile scegliere accuratamente il punto del tessuto dove applicare lo stimolo meccanico (figura 7.6).
