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).

1 1

2

3

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.

Procure utilizar nomes curtos e simples, para facilitar a programação no MatLab.

Figura 9 – Local salvo

Em seguida inicie o Matlab. A janela do Matlab será semelhante à mostrada na figura

7.

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Figura 10 – Matlab.

No topo da janela existe a opção “Current Directory”. Clique no botão com “...” no

lado direito do endereço. Procure pela pasta onde foram salvos os dados e a selecione.

Na janela chamada “Command Window” digite o comando “load” com o nome do

arquivo de dados entre ‘’.

O exemplo atual fica da seguinte forma:

load 'F_1.lvm'

O comando load transforma o arquivo de dados no formato .lvm em uma variável, que

ficará salva no workspace enquanto o Matlab não for fechado ou até que seja dado o

comando para apagar todas as variáveis (“clear”). O nome desta variável será a mesma

do arquivo, neste caso “F_1”.

Ao se clicar duas vezes sobre a variável uma nova janela será aberta, chamada de

“Variable Editor – <Nome da variável>”. Nesta janela será possível a visualização de

todos os dados contidos nesta variável (figura 8).

O resultado obtido deverá ser semelhante ao mostrado na figura 11.

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Figura 11 – Variable Editor.

Como pode ser observado na figura 11, a variável F_1 é uma matriz que possui 4

colunas e um número enorme de linhas. Para cada VI as colunas representam um

conjunto de dados diferente. No caso estudado a primeira coluna corresponde as

frequências, a segunda coluna a impedância, a terceira coluna a parte real e a quarta

coluna a parte imaginária.

O objetivo neste caso é interpretar somente os dados das frequências e das

impedâncias, portanto iremos utilizar as colunas 1 e 2. Para facilitar a criação dos

gráficos, iremos passar os valores de frequência para um vetor chamado “f” e os valores

das impedâncias para um vetora “o”. Caso queira utilizar os valores reais e imaginários

também consulte o código em Matlab presente no apêndice A.

Para fazer a transferência para vetores utilizaremos o seguinte comando:

f = F_1(:,1);

o = F_1(:,2);

AVISO: Alguns VIs utilizados no laboratório utilizam vírgula como separador decimal, o

que gera conflito com o Matlab, que dependendo da versão utiliza pontos como separador.

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O dois pontos neste caso neste caso são utilizados para indicar que queremos pegar a

coluna inteira. Caso o dois pontos fossem colocados após a vírgula e não antes, indicaria

que queremos pegar a linha inteira.

Caso exista alguma dúvida sobre conceitos de vetores e matrizes em Matlab consulte

alguma apostila de matlab básico.

Feito isto, basta gerar o gráfico.

Para isto utilizaremos o comando “plot”. Neste caso iremos gerar um gráfico de

impedância em função da frequência, que ficaria da seguinte forma:

plot (f,o);

Note que o primeiro valor dentro dos parênteses equivale ao eixo x e o valor depois da

vírgula é o eixo y.

O resultado obtido para este caso é mostrado na figura 12.

Figura 12 – Impedância em função da frequência.

Para melhor compreenção da programação em matlab consulte o apêndice A, no qual

é possível verificar o programa em matlab utilizado para este exemplo.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 104

0

100

200

300

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500

600

700

800

AVISO: Lembre-se sempre de editar o gráfico antes de colocá-lo em um relatório ou

artigo, colocando o nome dos eixos, unidades e legendas caso haja vários gráficos juntos.

Para melhorar a estética do gráfico recomenda-se aumentar a espessura da linha do gráfico

e o tamanho das letras. Tudo isso pode ser alterado em “Figure Propeties”.

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3. Referências

Página da National Instruments: www.ni.com

Apêndice A

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%% UNESP - Universidade Estatudal Paulista %%% %%% "Júlio de Mesquita Filho" %%% %%% Autor: Breno Ebinuma Takiuti %%% %%% Data: 13/01/2013 %%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% Limpar tela e variáveis clear; clc;

%% Pré processamento: %% Aquisição de dados do labview

load 'F_1.lvm'; %coloque no lugar de "F_1" o nome do arquivo salvo pelo

VI

%% Tranferência dos dados para vetores

f = F_1(:,1); o = F_1(:,2); r = F_1(:,3); i = F_1(:,4);

%% Gerando os gráficos

figure(1), plot (f,o); figure(2), plot (f,r); figure(3), plot (f,i);