Sistema de adquisición de datos por tarjeta de sonido La by rockman13

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									      Sistema de adquisición de datos por tarjeta de sonido
                                                  convierten en un sistema de adquisición de
La adquisición de señales análogas es un          datos muy versátil.
trabajo que cada vez se hace más necesario en
todos los campos relacionados con la              Debido al elevado coste de una tarjeta de
electrónica. Hoy en día este proceso cuenta       adquisición de datos real, muchos de nosotros
con     más instrumentación para lograrlo,        nos valemos de la posibilidad de adentrarnos
permitiendo el análisis de señales en las áreas   en el mundo de la adquisición de señal
de telefonía, procesos industriales y en todas    empleando la tarjeta de sonido que incorpora
aquellas en las que una señal análoga se          nuestro equipo personal. Sin embargo, antes
encuentre presente.                               de hacer ninguna prueba que pueda causar
                                                  daños permanentes en nuestro sistema o
Generalmente la adquisición de datos tiene        simplemente para conocer donde están las
como fin, adquirir señales análogas de una o      limitaciones de esta adquisidora de señal
más fuentes y convertirlas en una secuencia       improvisada, es conveniente tener en cuenta
de datos o códigos digitales que representan      algunos aspectos:
el valor instantáneo de la señal presente. Para
poder realizar este proceso se debe contar con    Desventajas de la Tarjeta de Sonido:
dispositivos      digitales     (computadores,
microprocesadores,          microcontroladores,   No es posible realizar medidas de tensión
DSP’s) que conviertan las señales en datos        DC. Las tarjetas de sonido usan
adecuados para ser almacenados o analizados,      condensadores de paso para evitar que las
automática o posteriormente.                      señales de frecuencia muy baja entren al
                                                  sistema, de esta forma, cualquier nivel DC es
Las señales análogas utilizadas para la           eliminado. Esto significa también que existe
adquisición; generalmente provienen de            un limite para frecuencias bajas debido a la
sensores o transductores, los cuales son los      características de los filtros utilizados.
encargados de capturar y convertir las señales
físicas del mundo real (Temperatura, presión,     La impedancia de entrada es baja. Las
humedad, flujo, luz, sonido, campos               medidas se hacen usando la línea de entrada
magnéticos, etc.) en señales eléctricas           (Line-In). Las tarjetas de adquisición de datos
proporcionales. Una ves la señal a sido           reales tienen impedancias de 1 a 10 Mohm.
convertida, en algunos casos es necesario que     En general, las tarjetas de sonido presentan
sea amplificada, ya que los niveles eléctricos    una impedancia mucho mas baja, del orden
obtenidos no son lo suficientemente amplios       de 600 Ohmios a 47Kohms. También
para ser leídos por los instrumentos digitales.   podemos usar la entrada de Micrófono (Mic-
                                                  In) para conseguir una mayor sensibilidad,
Existen muchos métodos e instrumentos que         pero el ruido es mayor y muchas tarjetas de
permiten realizar la adquisición de señales       sonido sacan un nivel de tensión para
análogas, pero en este articulo solo nos          alimentar el micrófono. Si se usa esta entrada,
vamos a enfocar en uno en particular.             es necesario un condensador que bloquee esta
Desarrollaremos una aplicación, en la cual        tensión.
leeremos datos análogos utilizando como
principal elemento, la tarjeta de sonido de un    Las tarjetas de Adquisición de datos pueden
computador personal. Las características de       medir tensiones con una alta precisión (+/-
                                                  1% o mejor). Además, nos proporcionan
este sistema, en donde se utilizan                diferentes rangos de medida. En contraste, el
herramientas tecnológicas actuales, lo            nivel de grabación en las tarjetas de sonido se
                                                  fija normalmente con un control ‘deslizable’.
No hay una calibración inicial; debe hacerlo
el usuario.

El rango de voltaje de entrada para la entrada
de sensores en una tarjeta de adquisición real    La entrada de las tarjetas de sonido es un
es en general de +/-10V. Las tarjetas de          conector estereo como el que se muestra a en
sonido proporcionan un rango de tensión de        la figura 1.
entrada ‘Line-In’ de +/- 400mV. La entrada
de micrófono es mucho mas sensible. Solo
son funcionales sensores de baja tensión de
salida AC y baja impedancia de salida o de
lo contrario hay que hacer las adecuaciones
del                                      caso.
                                                  Figura 1. Conector a tarjeta de sonido
No disponen de disparador ‘trigger’. Las
tarjetas de adquisición normalmente pueden            1. Tierra .
esperar un evento de disparo ‘trigger’ que da         2. canal derecho.
comienzo a la captura de datos.                       3. canal izquierdo.
Normalmente, el trigger se activa a un
determinado nivel de tensión, o por un flanco     Un sistema de sonido estereo tiene dos
de bajado o de subida detectado. Aunque, en       canales de entrada, aunque la mayoría de las
cierto grado, estas limitaciones pueden ser       tarjetas de sonido, sobre todo las integradas
cubiertas por software, los problemas de          en la tarjeta madre no lo son, tienen dos
calibración continúan ya que el nivel del         canales pero internamente es el mismo, como
disparador no suele ser muy preciso.              si solo tuvieran un canal de entrada, es lo que
                                                  se conoce como sistema mono.
Ventajas de las Tarjetas de Sonido:
                                                  El voltaje máximo de entrada que soporta una
 Una clara ventaja de las tarjetas de sonido en   tarjeta de sonido es de 1 volt pico, un voltaje
comparación con la mayoría de las tarjetas de     mayor hará que la entrada se sature, este
adquisición de datos es que los dos canales       voltaje se puede reducir dependiendo de la
son capturados al mismo tiempo usando dos         configuración del sonido de Windows. Si
conversores A/D o, al menos, dos                  intentamos ver una señal de un voltaje mayor
dispositivos ‘sample&hold’. Las tarjetas de       al soportado por la tarjeta, podríamos
Adquisición de datos suelen usar un               observar una imagen como la de la figura 2.
conversor A/D y un multiplexor. Por esta
razón, se escanean varios canales uno tras
otro, pero no en paralelo.

Ahora veamos algunas cosas importantes que
se deben tener en cuenta para poder trabajar
con la tarjeta de sonido adecuadamente.

Todas las especificaciones dadas pueden
                                                          Figura 2. Señal recortada en los picos
cambiar de acuerdo a la tarjeta de sonido,
pero en general, la tarjeta no se dañará a
                                                  Parece que estuviera recortada. Cuando la
menos que se le suministre un voltaje muy
                                                  saturación es mayor, la señal se asemeja a una
superior al indicado, en otros casos
                                                  señal cuadrada.
simplemente no funcionará.
Por otra parte lo de la saturación también        serán muestreadas. Por eso este osciloscopio
depende del volumen que Windows tiene             no sirve para medir voltaje de corriente
asignado para la entrada de micrófono. Es         directa o corriente continua.
posible cambiar esa configuración, para eso
entre al panel de control /dispositivos de        Hasta el momento, hemos visto la forma
sonido y audio, y seleccionamos el botón          adecuada de conectar la señal análoga en la
volumen que se encuentra en el marco de           tarjeta de sonido. Una vez hecho esto,
grabación de sonido, es aquí donde se             necesitamos del software adecuado que nos
selecciona el dispositivo y el volumen de la      permita visualizar en tiempo real o almacenar
entrada analógica de audio.                       los datos obtenidos para su posterior análisis.
                                                  Para ello recurriremos al software libre que
Si se quiere medir la señal de la línea de        podemos encontrar en Internet.
alimentación (de la toma corriente) o voltajes
altos como 120 V o 220 V. Se requieren            Existen muchas opciones que nos permitirán
ciertas precauciones.                             trabajar fácilmente. Entre las que se
                                                  recomiendan en este articulo tenemos:
La referencia de la computadora es en teoría
la tierra física, cuando invertimos la
                                                  Para los desarrollos en los que únicamente se
alimentación y no tenemos idea de la
                                                  necesita visualizar y leer la frecuencia de la
polaridad la referencia puede ser una fase,
                                                  señal, se pueden utilizar software, para
esto no altera el funcionamiento del aparato
                                                  grabación y edición de sonido digital; En los
en la mayoría de los casos pero es un
                                                  cuales podemos encontrar ventanas que nos
problema, pues el aparato puede dar
                                                  permiten ver la señal de entrada en tiempo
peligrosas descargas con su chasis.
                                                  real como en la pantalla de un osciloscopio.
                                                  Además podemos ajustar los tiempos de
A la hora de poner voltaje en la entrada del
                                                  muestreo para calcular la frecuencia de la
micrófono de la computadora, debemos de
                                                  señal. Entre los ejemplos tenemos: Goldwave,
asegurarnos que sean menos de un voltio y
                                                  Wave Studio, entre otros.
que la referencia de este voltaje sea la misma
que la referencia del voltaje de la
                                                  Si deseamos un ambiente visual mas familiar
computadora, de preferencia tierra. De lo
                                                  y parecido a un osciloscopio, también en
contrario podríamos creer que estamos
                                                  Internet podemos encontrar versiones de
conectando un voltio pero referenciados a una
                                                  software, que emulan su funcionamiento. con
fase de CA y conectar el voltaje de la red a la
                                                  las limitaciones y desventajas dadas por la
entrada de micrófono de la computadora, lo
                                                  tarjeta de sonido y que ya antes habíamos
que dañaría la tarjeta de sonido. De
                                                  mencionado. Algunos ejemplos son:
preferencia la señal debe estar eléctricamente
aislada mediante un transformador.
                                                  Audio Tester: Es un buen sustituto de un
                                                  osciloscopio, generador de señales a través de
La computadora funcionará como un
                                                  la salida de audio, y un analizador de
osciloscopio digital, la frecuencia máxima de
                                                  espectro.
la señal de entrada será de 20 Khz. En caso de
ser una señal de forma caprichosa, se puede
                                                  Zelscope: Tiene todas las características de
deformar al perder armónicas mayores a 20
                                                  un osciloscopio real y además analizador de
Khz. La frecuencia de muestreo de la tarjeta
                                                  espectro.
de sonido es por lo regular es de 44.1 Khz.
Pero aunque puede ser mayor, dependiendo
                                                  Cualquiera de los software anteriores tiene la
de la calidad de la tarjeta, la mayoría cuentan
                                                  opción de almacenar en un archivo de texto
con filtros pasa banda por lo que frecuencias
                                                  los datos capturados durante un intervalo de
muy altas o muy bajas (de menos de 1 hz) no
                                                  tiempo especifico, dado por el ajuste del
muestreo de la señal y que pueden ser
analizados posteriormente.

El procesamiento digital de señales es un gran
campo de la ingeniería electrónica, la
utilización de estas herramientas puede ser de
gran ayuda, tanto para proyectos estudiantiles
como para proyectos de investigación formal.



Bibliografía

Benjamín C. Kuo. Sistemas de Control Digital.
Primera Edición. México, 1997. CECSA.

CEKIT, Electrónica & Computadores.




                                                    Autor:
                                      Javier Enrique Quiroga González
                                javier.quiroga@tecnologicaindustrial.edu.co
                    Docente: Corporación Tecnológica Industrial Colombiana – “TEINCO”
                             Ingeniero en Control e Instrumentación Electrónica
                               Universidad Distrital Francisco José de Caldas
                                             Bogota - Colombia

								
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