Introducción

Townsend Engineering Services, Inc. es una empresa consultora con amplia experiencia en el diseño de hardware y software para la adquisición y análisis de datos utilizados en la prueba de sistemas mecánicos complejos.

Desafío

El cliente ASET Services, Inc. …se acercó a nosotros para diseñar un sistema para ser usado en sus pruebas de superficies deportivas y de juegos. Se requería un sistema robusto que pudiera ser integrado con su software de análisis para controlar una variedad de configuraciones de prueba y proporcionar la adquisición de datos para el análisis. El sistema funcionaría con baterías para facilitar las pruebas de campo y proporcionar acondicionamiento de señales y adquisición de datos para una variedad de transductores, incluyendo LVDTs, células de carga y acelerómetros. Además, controlaría un electroimán utilizado para dejar caer una masa calibrada utilizada en muchas de las pruebas. Se utilizaría una conexión Wi-Fi a una computadora portátil que ejecutara el software de análisis para controlar el sistema y transferir los datos.

Se necesitarían hasta ocho transductores. La frecuencia de muestreo para la mayoría de las pruebas sería de 5 kHz, pero hasta 20 kHz en algunos casos. Aunque no era un requisito estricto, se deseaba tener un muestreo simultáneo de todos los canales para que el sistema pudiera utilizarse para la medición de la función de transferencia.

Las células de carga y los acelerómetros serían transductores IEPE (Integrated Electronics Piezoelectric). Para esas señales se necesitarían fuentes de corriente y filtros antialiasias. Se utilizarían LVDTs de tipo DC, por lo que no sería necesario un acondicionamiento especial de la señal para ellos.

Solución

El sistema fue diseñado en torno al Pi de Raspberry que se utilizó para gestionar el control del banco de pruebas y la adquisición de datos y las comunicaciones. Esto permitió el uso de dispositivos estándar para el DAQ y las comunicaciones, reduciendo significativamente el costo del diseño.

El dispositivo Measurement Computing USB-1608FS-Plus – OEMS  fue seleccionado para su uso en el sistema debido a su buen rendimiento, costo razonable y bajos requerimientos de energía. La interfaz USB y la disponibilidad de una biblioteca en lenguaje C también fueron factores importantes que simplificaron la integración con el Raspberry Pi. Fue posible lograr un muestreo simultáneo de 50 kHz en todos los canales de la DAQ, lo cual cumplió con creces los requisitos del sistema.

Para lograr la máxima flexibilidad y permitir futuras modificaciones, las cuatro entradas utilizadas para los LVDT están en un solo cable que se conecta a una pequeña caja externa que contiene la fuente de alimentación de 24v que requieren. Esto permite el uso de otros transductores cuando sea necesario, simplemente proporcionando una caja externa diferente que contiene cualquier fuente de alimentación especial, acondicionamiento de señal o filtrado que pueda ser necesario.

Se utilizó un enfoque Cliente/Servidor para las comunicaciones con el portátil. El Cliente se ejecuta en el portátil y permite que el software de análisis controle el sistema a través de una conexión Wi-Fi con el Servidor que se ejecuta en el Pi de RaspBerry. Un conjunto de simples solicitudes de servidor se encarga de todo el funcionamiento del sistema para que pueda ser fácilmente integrado con el software de análisis del cliente.

Resultado

El sistema final consiste en el USB-1608FS-Plus, un Pi B de RaspBerry, y una placa de circuito personalizado que contiene acondicionamiento de señal, control de imán y fuentes de alimentación. Estos están montados en la parte trasera del panel frontal de la unidad que contiene interruptores y conectores para los transductores. La unidad completa y la batería están alojadas en una robusta caja de campo resistente al agua para su portabilidad. El sistema ha sido utilizado regularmente en todo el mundo durante más de un año. El rendimiento y la fiabilidad del sistema han sido excelentes.

MCC DAQ and Raspberry Pi

USB-1608FS-Plus dispositivo DAQ de muestreo simultáneo conectado a Placa del Modelo B de RaspBerry Pi.

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