Instrumentación
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Introducción a la Instrumentación Virtual
EDICIONES TÉCNICAS REDE • Julio 2000
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Introducción a la Instrumentación Virtual Por Josep Montanyà i Silvestre. Ingeniero Superior de Telecomunicaciones Beta Instruments
Actualmente poca gente utiliza la máquina de escribir. En su lugar se utilizan los procesadores de textos. El uso del correo ordinario también ha disminuido mucho en el ámbito profesional. En su lugar se utiliza el correo electrónico. Tampoco se diseño con regla y compás, en su lugar los arquitectos utilizan programas de CAD. Podríamos seguir con muchos más ejemplos. La instrumentación basada en el PC, o instrumentacion virtual, presenta muchas ventajas respecto a la instrumentación convencional, y aunque actualmente se encuentra en una posición minoritaria en el mercado, en los próximos años va a ir desplazándola rápidamente.
Fig. 1 Beta Instruments Manager
Fig. 2 Generador de Funciones
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Actualmente poca gente utiliza la máquina de escribir. En su lugar se utilizan los procesadores de textos. El uso del correo ordinario también ha disminuido mucho en el ámbito profesional. En su lugar se utiliza el correo electrónico. Tampoco se diseño con regla y compás, en su lugar los arquitectos utilizan programas de CAD. Podríamos seguir con muchos más ejemplos. La instrumentación basada en el PC, o instrumentacion virtual, presenta muchas ventajas respecto a la instrumentación convencional, y aunque actualmente se encuentra en una posición minoritaria en el mercado, en los próximos años va a ir desplazándola rápidamente. Sus ventajas son innegables: comodidad y facilidad de utilización, intercambio de información con
otras aplicaciones Windows, todo tipo de medidas automáticas y autoajustes de los controles, control remoto a través de una red local o Internet, múltiples carátulas para cada instrumento que se pueden cambiar según las preferencias del usuario o el trabajo a realizar en cada momento, control total de los instrumentos a través de los drivers que permiten programarlos en cualquier lenguaje (Visual Basic, Visual C, Lab Windows CVI, Lab View, etc.), reducido espacio y peso, y finalmente, al contrario de lo que cabria esperar, su precio es mucho más reducido.
Introducción al Beta Instruments
Manager Cada instrumento físico (tarjeta interna o módulo externo) de Beta Instruments1 puede controlarse con varios pro-
gramas. Cada uno de estos programas es un instrumento virtual distinto. Además, puede conectarse en un mismo ordenador múltiples tarjetas, incluso del mismo tipo. Por todo ello, el número de aplicaciones que pueden controlarse desde un PC es bastante elevada. Para organizarlas se dispone de una aplicación denominada: Beta Instruments Manager. La utilitzación del Beta Instruments Manager (fig. 1) es muy simple e intuitiva, siempre que se disponga de unos mínimos conocimientos del entorno Windows. Su apariencia es muy similar al Explorador de Microsoft Windows. En el aparecen organizadas jerárquicamente todas las tarjetas y las aplicaciones disponibles para cada una. Entonces, tal y como hacemos con el explorador, simplemente es necesario hacer un doble click en el icono que representa el instrumento que queremos activar, y nos aparece en pantalla el osciloscopio, generador, analizador de espectros,... que hayamos elegido. A partir de aquí, la utilización del instrumento es otra vez muy intuitiva, pues utilizando las capacidades gráficas de los actuales PCs, la carátula que veremos es muy similar a la de un instrumento convencional (fig. 2), siendo solamente necesario pulsar aquellos botones o mover los diales (arrastrando el mouse) que deseemos. A pesar de su sencillez, todos los instrumentos disponen de una extensa ayuda on line sensible al contexto que se puede disparar en cualquier momento con solo pulsar F1. Esta es una forma simple y completa de organizar y disparar los instrumentos virtuales. Además hay otras dos maneras de acceder a los instrumentos, que son todavia más cómodas, aunque menos completas (no permiten acceder a todas las opciones). Se trata de los botones que tiene el Manager en la parte superior izquierda (ver detalle en
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la figura 3) , y que permiten activar el último modelo de cada tipo de instrumento (osciloscopio, generador, etc.). La otra es visualizando una especie de página Web (fig. 4), donde se ven las carátulas de los instrumentos disponibles. Es decir, no se ve únicamente el icono sinó toda la carátula del instrumento dibujada. Entonces, haciendo click encima del instrumento, éste se dispara. Desde el Manager puede también controlarse todas las opciones de los programas, como idiomas y configuración de las tarjetas. Finalmente, desde el Manager también se accede a las tarjetas conectadas a otros ordenadores, bien sea a través de una red local o a través de Internet (en este caso debe proporcionarse el número IP). Ventajas sobre la instrumentación convencional Las principales ventajas de la instrumentación virtual son su precio y todas las funciones de medida automáticas e intercambio de información con otras aplicaciones del ordenador. La primera ventaja que tienen estos instrumentos es su precio. Cualquiera de ellos tiene un coste que, en el peor de los casos, es la mitad de cualquier análogo suyo convencional. Después se verá que, a parte, estos instrumentos tienen muchas más posibilidades, por lo que realmente no puede encontrarse un instrumento convencional que sea igual. Pero aun así, buscando al que sea más parecido, el precio de la instrumentación virutal es muy
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inferior. El motivo de ello está en la drástica reducción de costes que tiene el fabricante. Los instrumentos convencionales necesitan muchos elementos que son innecesarios en los virtuales, tales como pantalla, botones y demás controles, fuente de alimentación y carcasa (en las tarjetas internas). De esta forma, a título orientativo, puede conseguirse un osciloscopio digital de 2 canales de entrada con base de tiempos común y ancho de banda de 20MHz, por 49.900 Ptas, cuando un osciloscopio convencional analógico difícilmente puede conseguirse por menos de 80.000 Ptas, y si es digital todavía se duplica este precio. Pero además, el osciloscopio virtual funciona también como analizador de espectros (de 20MHz de ancho de banda), como voltímetro, como registrador de señal, etc. Sin embargo el precio no es, ni mucho menos, la principal ventaja de la instrumentación convencional. La versatilidad, funciones automáticas e intercambio de información con otras aplicaciones, hacen que ésta sea muy superior. Si queremos trabajar con un osciloscopio, podemos activar diversos tipos. Así, podemos trabajar con la carátula estándar del osciloscopio, bien sea con mandos analógicos (diales para fijar la amplitud y base de tiempos) o bien con botones digitales (fig. 5). Pero si queremos trabajar solamente con 1 canal, podemos activar una carátula de 1 solo canal (aunque la tarjeta tenga físicamente 2 entradas), sin tener que llenar la pantalla de controles innecesarios. Y si queremos más sofisticación, podemos activar otros modelos, como la carátula
‘de Luxe’ (fig. 6), donde se muestra una ventana temporal 3 veces superior a la normal, que permite ver la señal con pretrigger y post-trigger sin necesidad de hacer un scroll horizontal, y además podemos visualizar simultáneamente la FFT de la señal capturada, con lo que vemos la señal en tiempo y frecuencia a la vez. Para fijar los controles de base de tiempos y amplitud, podemos moverlos como con la instrumentación convencional o bien hacer que se ajusten automáticamente. Podemos realizar todo tipo de medidas automáticas (Vpp, Vm, T, f, etc.). También disponemos de cursores horizontales y verticales. Podemos hacer un zoom de la pantalla, imprimir la señal, mandarla al portapapeles de Windows (en formato gráfico o numérico) para pegarla después en una hoja de un tratamiento de textos (fig. 7), o bien en una hoja de cálculo u otro progrma de análisis matemático. También puede grabarse la señal capturada en el disco para recuperarla más tarde, en el mismo osciloscopio, pudiéndola comparar con otras señales que se estén adquiriendo en ese momento (fig. 8). Al cambiar la base de tiempos y la amplitud, la señal grabada previamente cambia también su presentación en la pantalla, tal y como si la estuviésemos capturando en ese
Fig. 3 Botonera para disparar instrumentos
Fig. 4 Versión Web del Beta Instruments Manager
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momento.
Más ventajas de la instrumentación virtual Solamente las posibilidades mencionadas anteriormente, hacen que la instrumentación virutal sea muy superior a la convencional. Pero hay más: estos instrumentos pueden controlarse a través de la red e Internet, y además pueden configurarse completamente escribiendo nuevos instrumentos con los drivers que se proporcionan.
Fig. 5 Osciloscopio Digital Fig. 6 Osciloscopio de Luxe
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En un mundo donde las redes de ordenadores cada dia son más extensas, la instrumentación virtual no podia quedarse al margen. De esta forma, el PC que tiene instalada la tarjeta o conectado el módulo externo, y el PC desde el que se controla
el instrumento y se visualiza la señal capturada o bien se mandan las órdenes pertinentes para generar la señal, no tiene porque ser el mismo. Es más, puede visualizarse la señal que se está capturando en tiempo real desde varios PCs simultáneamente. Todo ello es gracias a la arquitectura cliente-servidor y con capacidad multi-cliente de la que gozan todos los instrumentos virtuales de Beta Instruments. La red necesaria debe funcionar con el protocolo TCP, y puede ser desde una red de área local hasta Internet. En el caso de utilizar una LAN (red de área local), el funcionamiento es tan fácil e intuitivo como cuando se trabaja en modo local. Simplemente debe hacerse doble click encima del PC al que se quiere conectar. Los PCs disponibles se encuentran trabajando con el Manager igual que si fuera el Explorador de Windows, en los nodos de ‘Entorno de Red’. En el caso de querer hacer una conexión a Internet, entonces debe proporcionarse el número IP del ordenador al que queramos conectarnos. Finalmente, pueden escribirse nuevas aplicaciones, para tener distintas carátulas de los mismos instrumentos, o bien hacer instrumentos totalmente nuevos, con una determinada tarjeta, o incluso combinando varias de ellas. Para programar puede utilizarse cualquier lenguaje que funcione en el entorno operativo de Windows 9.x, NT o 2.000. Se
suministran los drivers en todos los formatos: DLL, OCX (tecnología Active X), Lab View, Lab Windows CVI, etc. El software suministrado incorpora además programas de ejemplo en Visual Basic, que pueden dispararse desde el mismo Manager (siempre que se tenga Visual Basic instalado en el ordenador).
Alguna desventaja de la instrumentación basada en el PC Como todo en esta vida, la instrumentación virtual tiene también algunos problemas. Básicamente son la necesidad de disponer de PC, el ancho de banda reducido y las prestaciones mínimas del equipo necesario. El primer y más importante problema, és evidente: si no se dispone de ordenador, no puede utilizarse la instrumentación virutal. Sin embargo, hoy en dia el uso de los PCs está muy extendido, y raramente encontramos un hogar, una escuela, universidad o empresa sin PCs. De esta forma en los laboratorios, esta es una dificultad relativa, pues siempre hay un PC a nuestro alcance. El problema es más grave cuando las medidas deben hacerse en campo, donde no siempre dispondremos de PC, y aunque así fuera, posiblemente no sea nuestro y, además, es muy engorroso tener que introducir y configurar la tarjeta en el PC cada vez que se cambia de sitio. Para solucionar esto, sin embargo, hay las versiones externas de las tarjetas, que conectándose al puerto paralelo del PC, sea este de sobremesa o portátil permiten llevarlos cómodamente a donde vaya el técnico. Cada dia es más comun el uso de los ordenadores portátiles, y si además nos fijamos en todas las ventajas de la instrumentación virtual, sale a cuenta adquirir uno para poder disfrutar de estos instrumentos. Además, en el caso de necesitar
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transportar más de un instrumento de medida (osciloscopio, generador, analizador de espectros, etc.), las ventajas en la reducción de espacio y precio están claras: con instrumentación virtual solo necesita llevar su ordenador portátil laptop (o palmtop) y una cajita con los conectores. El otro problema está en el ancho de banda, pues la instrumentación virtual normalmente trabaja con anchos de banda relativamente bajos. Esto suele ser debido a que la mayoria de empresas existentes en el mercado trabajan más con tarjetas y sistemas de adquisición de datos, que no con instrumentos de medida propiamente dichos. Beta Instruments, en cambio, tiene como objetivo los instrumentos de medida, y no las tarjetas de adquisición de datos. De esta forma, trabaja con menos bits de resolución (8, y no 12 o 16 como puede encontrarse en los primeros), pero con anchos de banda que van de 1MHz hasta 100MHz, con frecuencias reales de muestreo de hasta 240MHz. Hay que advertir que los módulos externos y las tarjetas de hasta 100MHz de ancho de banda no están disponibles en el mercado todavia, y serán lanzadas antes de finalizar este año. Finalmente, en cuanto a los re-
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querimientos mínimos del PC, hay que decir que éstos no afectan al ancho de banda conseguido por las tarjetas. La diferencia está en el tiempo de refresco de la pantalla. Así, con un Pentium II a 350MHz y 32Mbytes de RAM, que es el mínimo recomendado, tenemos un referesco de 8 veces por segundo, mientras que en un Pentium I a 100MHz y 16Mbytes de RAM, tenemos un refersco de 1 vez cada 2 segundos. De todas formas, para ordenadores de baja gama, se suministra también una versión del software reducida (sin red y solamente con los principales instrumentos), que funciona en 16 bits bajo Windows 3.x. Esta versión puede funcionar hasta en un 386 con 1Mbyte de memoria. En conclusión, la instrumentación virtual de Beta Instruments puede utilizarse en prácticamente cualquier PC.
red internacional de ventas, con presencia en más de 20 paises, y en rápida expansión. Es importante recordar que el software de todos los productos es gratuito (http://www.betainstruments.com/spanish/ downloads.htm). Además, puede actualizarse también sin ningún coste a través de Internet. De esta forma, el usuario que haya adquirido una tarjeta, verá como con el tiempo ésta va aumentando su funcionalidad, al actualizarse gratuitamente su softare a través de Internet. Y quien todavia no conozca nuestros productos, puede bajarse de Internet el software e instalarlo en su PC, pudiendo probar entonces todos los instrumentos en modo ‘Demo’, y pudiendo verificar de esta forma el gran potencial de esta instrumentación. En Beta Instruments creemos que el futuro está en la instrumentación virutal, pues tal y como se ha visto en este artículo, sus innumerables ventajas haran que ésta vaya desplazando a la instrumentación convencional con el tiempo. El lector que desee más información puede acceder a la página Web de Beta Instruments, en la dirección: http://www.beta-instruments.com
intercambio de información con otras aplicaciones Windows Fig. 8 La señal guardada préviamente aparece en amarillo, y puede compararse con las nuevas
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Beta Instruments: La instrumentación del futuro
Fig. 7 Ejemplo de
adquisiciones.
Beta Instruments es una empresa española que se dedica al diseño, producción y comercialización en todo el mundo de instrumentación electrónica basada en el PC. En estos momentos Beta Instruments no tiene ningún competidor directo en el mercado. Su amplia gama de productos, junto con el potente software de control suministrado y muy especialmente la relación calidad/precio ofertada, hace que sus productos sean únicos en el mercado mundial. Gracias a ello, Beta Instruments dispone ya de una
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