Selecionando Sistemas Portáteis de Aquisição de Dados
por Tom de Santis, IOtech
Traduzido de EE-Evaluation Engineering, Dez/2003
Copyright © 2003 by Nelson Publishing Inc.
Apesar de usados numa ampla variedade de aplicações, sistemas de aquisição de dados podem ser categorizados em três grupos básicos: laboratoriais, distribuídos e portáteis. Sistemas laboratoriais e distribuídos são primariamente estacionários; os equipamentos sob teste são trazidos até o sistema. O exato oposto se aplica aos sistemas portáteis. Normalmente, eles funcionam em ambientes agressivos ou enquanto estão sendo transportados, gerando um conjunto particular de considerações específicas da aplicação sobre equipamentos eletrônicos que devem ser bastante acuradas e confiáveis.
Acondicionamento
Sistemas de aquisição de dados são geralmente uma mistura de componentes de aquisição de dados de diferentes fornecedores que se conformam a um formato padronizado. Sistemas laboratoriais, por exemplo, seguem um formato padrão para encaixe em racks de 19 polegadas, e sistemas distribuídos cumprem os padrões para encaixe fácil em trilhos. Mas uma vez que não há um padrão para conectar fisicamente dispositivos portáteis, integrar dispositivos de múltiplos fornecedores em um único sistema portátil é difícil.
Devido às restrições de formato quando da seleção de um sistema portátil, é importante antecipar os requisitos futuros tanto quanto os imediatos. O sistema poderia se tornar inútil se a funcionalidade adicional que será requerida no futuro não estiver disponível por um determinado fornecedor.
Por exemplo, se o condicionamento de sinais de acelerômetros for requerido em uma aplicação futura e não estiver disponível pelo fornecedor primário, então você precisará usar um instrumento condicionador de sinais à parte e conectá-lo ao sistema principal. Em um laboratório isso não seria um problema. Mas para uso em um veículo ou um sistema transportável ele precisará de espaço adicional, cabeamento e montagem que podem ser impraticáveis em muitas circunstâncias.
Outra consideração quanto ao formato refere-se ao peso e volume do sistema. No laboratório e em sistemas distribuídos o peso e tamanho do sistema geralmente não são críticos desde que ele caiba no espaço disponível. Sistemas portáteis, porém, têm em geral o requisito adicional de serem transportados, caso no qual peso e volume se tornam especialmente importantes.
Sistemas portáteis também são freqüentemente usados em veículos nos quais limitações de espaço podem ser extremas. Por exemplo, um sistema que traça o perfil da temperatura interna de um automóvel deve caber dentro do capô uma vez que sua presença no assento do passageiro afetaria os resultados do teste. Em um carro compacto, o capô é freqüentemente muito pequeno, fazendo do tamanho do sistema de aquisição de dados algo crítico. Em geral, quanto menor e mais leve tanto melhor para sistemas portáteis.
Condicionamento de Sinais e Expansão
Sistemas portáteis quase sempre se ligam a sensores, de modo que selecionar um sistema que suporte os sensores que você requer é absolutamente necessário. Ao mesmo tempo que restrições de formato são críticas, há outra questão relacionada a novas tecnologias de sensores: a informação de calibração está armazenada no próprio sensor.
Se o sistema de aquisição de dados deve se beneficiar desse recurso, então o condicionamento de sinais deve ser capaz de recuperar tal informação. Condicionadores de sinais tradicionais podem ser obtidos de fornecedores de sensores ou de outras fontes. Mas no caso de sensores inteligentes, o sistema de aquisição de dados deve ter recursos internos para recuperar os dados de calibração, já que ele deve ler dados digitalizados diretamente do sensor. Conforme a tendência em direção aos sensores inteligentes continuar, a necessidade de o fornecedor de aquisição de dados fornecer a solução completa para o condicionamento dos sinais só aumentará.
Requisitos para Aplicações Independentes
Sistemas portáteis podem ainda ser categorizados em independentes e conectados ao PC. Sistemas independentes, feitos para operar sem a presença de um computador, estão mais próximos dos registradores tradicionais. A operação independente é freqüentemente necessária porque um ambiente de operação com temperaturas extremas, vibração ou restrições de espaço é pouco amigável para um computador.
Por exemplo, seria impossível para um notebook e um operador medirem a tensão no casco de um jet ski em pleno mar. Nesse caso, um computador pode ser usado para configurar o sistema antes de enviá-lo para teste e para recuperar e analisar os dados adquiridos. No entanto, seria impossível interagir com o sistema de aquisição de dados durante o teste.
Sistemas independentes freqüentemente requerem uma interface de usuário de modo que o operador possa chamar testes predefinidos, e verificar se a aquisição foi bem sucedida. Uma vez que o ambiente em geral é muito hostil para que um computador atue desta maneira, um sistema desses deve oferecer uma interface de usuário alternativa. Devido ao acoplamento bastante firme e justo entre a interface de usuário e o equipamento de teste ele deve ser fornecido pelo próprio fornecedor do sistema de aquisição de dados.
Em um ambiente de testes automotivos, por exemplo, em geral há muita luz solar e temperaturas muito extremas para que um notebook padrão funcionar corretamente. Fora isso, pode ser necessário que o operador tenha que dirigir o carro ao mesmo tempo em que interage com o sistema de aquisição de dados.
Um fornecedor de sistemas de teste automotivo, a ETAS, fornece um mecanismo de botões montado no volante que se comunica com um display eletroluminescente acima usando a tecnologia sem fio Bluetooth. A chave de polegar é presa ao volante com VELCRO® e o display é montado no painel de instrumentos. Cliques na chave presa ao volante estabelecem comunicação com o display que por sua vez se comunica com o equipamento de aquisição de dados via Ethernet. O display é projetado para ser legível à luz brilhante do Sol e sob condições de temperatura extremas.
Outro aspecto dos sistemas independentes é o modo como se dá a recuperação dos dados. Há três métodos básicos: mídia de armazenamento removível, um computador conectado por meio de uma interface padrão como o USB ou o Ethernet, ou por redes sem fio.
No caso de mídia removível, a tecnologia PC-Card é a mais comumente usada, oferecendo espaço de armazenamento da ordem de gigabytes e acima, sobretudo se PC-Card rotativos (HDs) são suportados. No caso da recuperação de dados via rede sem fio, a tecnologia celular é a mais comum visto que a aplicação em geral envolve dirigir veículos em regiões remotas como o norte da Escandinávia ou os desertos do Estado americano do Arizona. Uma vez que a tecnologia dos modems celulares muda rapidamente é crítico que o sistema independente tenha suporte genérico para uma grande variedade de modems baseados em celular.
Requisitos de Aplicações Conectadas a um Computador
Quando comparados a sistemas laboratoriais ou distribuídos baseados em computador, sistemas portáteis conectados a computador têm requisitos bastante particulares. A conexão entre o PC e o sistema de aquisição de dados pode tomar diversas formas, incluindo PC-Card, porta paralela, Ethernet, USB e Firewire.
Uma consideração importante ao se selecionar um sistema é a disponibilidade futura da conexão em computadores mais novos. É inevitável que o sistema que aquisição de dados tenha uma vida útil muito maior do que a do computador, e é provável que durante esse período ele seja conectado a duas, três ou quatro gerações de PC. Por essa razão é importante selecionar um equipamento de aquisição de dados com uma interface que provavelmente estará disponível nas novas gerações de computadores portáteis.
Por exemplo, portas paralelas foram o esteio para conecção de notebooks a sistemas de aquisição de dados portáteis nos anos 1990. Hoje em dia é quase impossível encontrar portas paralelas nos notebooks novos. É, porém, possível adicionar uma porta paralela a um computador novo por meio de uma interface PC-Card que forneça uma porta paralela.
A maioria dos sistemas portáteis baseados em PC usam notebooks como aqueles fornecidos pela Dell, Toshiba e Gateway. Há também uma classe especial de notebooks voltados para ambientes que demandam mais de aplicações portáteis, como por exemplo a família TOUGHBOOK® da Panasonic.
Softwares para Sistemas Conectados a Computador
É uma prática comum desenvolver um aplicativo de aquisição de dados no laboratório antes de instalar o equipamento em campo. No entanto, é normalmente necessário modificar o aplicativo no campo após observar como o sistema reage.
Por causa disso, linguagens de programação tradicionais que precisam de digitação extensiva são menos desejáveis do que ambientes gráficos que podem ser facilmente modificados em campo. Adicionalmente, muitas aplicações portáteis requerem apenas o registro dos dados. Nestes casos, o melhor ambiente pode ser um em que você entra os parâmetros de aquisição em uma planilha que pode ser modificada facilmente com um mínimo de digitação e compilação.
Energia
Sistemas laboratoriais e distribuídos sempre obtêm sua alimentação de uma fonte AC disponível no local. Aplicações portáteis raramente têm disponível uma fonte AC e podem precisar operar a partir de uma bateria interna. Sistemas portáteis devem ser capazes de se adaptar uma grande variedade de fontes de energia variando das baterias veiculares de 12 Vdc a células solares.
Alguns fornecedores promovem sistemas laboratoriais para uso em campo, mas na maioria destes casos o usuário tem que fornecer um conversor DC para AC, o que envolve uma equipamento adicional e pode aumentar o consumo total de energia devido às perdas da conversão. Em geral, é mais desejável usar equipamentos projetados para operação DC do que converter dispositivos AC.
O montante de energia consumida por um sistema portátil é uma consideração adicional. Ao contrário de sistemas laboratoriais e distribuídos, geralmente não há um montante ilimitado de energia disponível.
Armazenamento e Recuperação de Dados
Com espaço em disco virtualmente ilimitado, sistemas laboratoriais e distribuídos praticamente não colocam demandas especiais quanto ao modo como os dados são armazenados. Em contraste, sistemas portáteis têm diversos problemas relacionados ao armazenamento de dados.
Em arrancadas, a vibração experimentada pelo sistema portátil pode excluir o armazenamento tradicional em mídia rotátil como um meio viável. Conseqüentemente, formas alternativas de armazenamento de dados tais como memória PC-Card de estado sólido devem ser usadas. A memória de estado sólido é geralmente mais cara e tem uma capacidade menor do que a memória de disco rotátil, e você deve prestar especial atenção ao tamanho dos arquivos de dados que são aquisitados em sistemas portáteis.
Fora a vibração, extremos de temperatura experimentados por sistemas portáteis podem excluir o armazenamento de dados rotátil e mesmo alguns tipos de memória não-volátil de estado sólido como meios viáveis. Preste muita atenção aos parâmetros de temperatura no mecanismo de armazenamento de dados em aplicações onde extremos de temperatura são possíveis.
Sensores de Localização
Uma vez que sistemas portáteis se movem, é em geral necessário registar a localização do sistema em conjunto com outras medições analógicas e digitais. Com sistemas portáteis baseados em PC é relativamente fácil anexar um sistema de posicionamento global (GPS) à porta serial ou USB do computador desde que o ambiente de software suporte a aquisição de dados a partir de um GPS.
Isso é mais difícil com um sistema independente já que não há um computador presente para se conectar o GPS. Neste caso, o sistema independente deve ter suporte à conexão de um dispositivo externo serial ou USB. Isso requer suporte no software, o qual freqüentemente envolve enviar informações de configuração ao GPS antes de uma aquisição, e a conexão física por meio de uma porta serial ou USB. Sem um suporte adequado a dispositivos externos genéricos, sistemas independentes são geralmente incapazes de adquirir informações de localização, o que pode ser uma limitação séria para muitas aplicações.
Conclusão
Aplicações que precisam de aquisição de dados portátil colocam demandas especiais no equipamento de teste que devem ser levadas em conta antes de você selecionar um fornecedor. Uma vez que a maioria dos sistemas portáteis não usam simultaneamente componentes ou softwares de diferentes fornecedores, é importante que o fornecedor escolhido suporte tanto os requisitos atuais do sistema quanto aqueles que serão necessário no futuro.
Sobre o Autor
Tom DeSantis é o fundador e presidente da IOtech, Inc. Ele é bacharel graduado em engenharia elétrica e tem mais de 20 anos de experiência na área de testes e medição.
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