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Universidad Autónoma Metropolitana
División de Ciencias Básicas e Ingeniería
Unidad Azcapotzalco
Laboratorio de Control Digital
Práctica 2
Adquisición y procesamiento de datos en Simulink
OBJETIVO
Con ayuda de Simulink, se llevará a cabo la adquisición y envío de señales de una
tarjeta de adquisición de datos.
INTRODUCCIÓN
Las computadoras hoy en día forman parte indispensable de las actividades que se
realizan en la vida cotidiana ya que son de fácil acceso y bajo costo. En control no seráa
la excepción, ya que se ha incrementado el uso de controles digitales con la finalidad de
tener una eficiencia máxima y un consumo de energía mínimo.
Para la implementación de un controlador digital es necesario convertir las señales
analógicas en señales discretas. La digitalización ofrece múltiples beneficios, sin embargo
es necesario definir un periodo de muestreo correcto a las señales por adquirir ya que si
no se tiene cuidado podría generar problemas e inestabilidades en el sistema.
Figura 1-1. Señal sinusoidal analógica en el tiempo.
Figura 1-2. Señal sinusoidal muestreada en el tiempo.
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
Material







1 punta para osciloscopio (sin atenuar).
2 puntas para osciloscopio atenuadas.
Tarjeta de adquisición de datos NI USB-6215.
PC con software Matlab.
Desarmador plano de 2mm o menos.
Cables Dupont macho macho.
USB.
Conecta la tarjeta de adquisición de datos en uno de los puertos USB de la PC y espera a que la
tarjeta sea reconocida, cuando el LED empiece a parpadear. Una vez que se haya reconocido la
tarjeta, inicia MATLAB y abre Simulink.
Inicia un nuevo modelo en el menú File>New>Model (Figura 2-1).
Figura 2-1. Ventana principal de Simulink.
Parte 1
Programa para adquisición de datos
El primer programa en Simulink tiene como objetivo adquirir una señal analógica con la tarjeta de
adquisición de datos.
a) Agrega el módulo Analog Input que se encuentra en la biblioteca Data Acquisition
Toolbox. Al agregar el bloque debe aparecer el nombre de la tarjeta en el centro del
bloque (Figura 2-6), lo que indica que la tarjeta fue reconocida por Simulink.
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Figura 2-3. Módulo Analog Input.
b) Agrega el módulo Scope que se encuentra en la biblioteca Simulink/sinks.
Figura 2-4. Módulo Scope.
c) Agrega el módulo Demux que se encuentra en la biblioteca Simulink/Commonly Used
Blocks.
Figura 2-5. Módulo Demux.
d) Realiza las conexiones mostradas en la Figura 2-6.
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Figura 2-6. Diagrama de conexión para adquirir datos.
e) Clickea dos veces sobre el módulo Analog Input para ver sus propiedades y configura
como se muestra en la Figura 2-7, dejando marcada únicamente la casilla del canal que se
utilizará (canal 0), además cambiando la configuración para que muestre una conexión
por canal.
Figura 2-7. Configuración del módulo Analog Input.
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f) Modifica el tiempo de simulación a 0.2 en la barra de herramientas de la ventana de
programación de Simulink. Esto significa que la tarjeta adquirirá datos durante 0.2
segundos.
Figura 2-8. Tiempo de simulación.
g) Genera una señal sinusoidal de 1Vpp a 10[Hz] en el generador de funciones y conecta hacia
el puerto analógico de lectura de la tarjeta de adquisición (puertos 15[+] y 16[-]), como se
muestra en la Figura 2-9 y corre el programa.
Figura 2-9. Conexión del generador de funciones a la tarjeta de adquisición de datos.
h) Clickea dos veces sobre el Scope1, se desplegará una ventana de visualización. Da un click
derecho sobre la ventana y selecciona Autoscale para poder visualizar la forma de onda
muestreada.
Figura 2-10. Forma de onda que envía la tarjeta.
Nota Importante: El módulo de adquisición Analog Input tiene una pequeña deficiencia al adquirir
datos. El parámetro Block Size del módulo determina el número de muestras que se toman por
cada instante de tiempo. El mínimo valor que se puede asignar a Block Size es 2, es decir, se toman
2 muestras por instante de tiempo, lo cual genera dos señales diferentes, como se muestra en la
siguiente figura:
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Es decir, si se quiere obtener una señal muestreada con 100 muestras por segundo, se tendrán
esas 100 muestras pero divididas entre dos señales; en una sola señal se tendrían 50 muestras por
segundo, la mitad de las que se esperarían. Por esta razón es necesario, configurar el doble de
muestras por segundo de las que se quieren, es decir, si se desea tener 100 muestras por segundo,
se debe configurar 200, para tener, en una sola señal, las 100 muestras por segundo deseadas.
i)
Modifica los valores de Hardware sample rate del módulo Analog Input y el tiempo de
simulación para poder adquirir 2 periodos de las señales con las características mostradas
en la siguiente tabla.
Frecuencia de señal [Hz] Muestras por periodo
20
10
100
10
1k
15
10
100
1k
50
Tabla 1. Parámetros a modificar de la señal adquirida.
j)
Reporta las gráficas para cada caso y explica cómo se modificó la frecuencia de muestreo.
Elabora una tabla donde se muestre sample rate, tiempo de simulación, frecuencia de la
señal y las muestras por periodo.
k) ¿Qué sucede con la señal muestreada según la frecuencia de muestreo asignada? ¿Qué
sucede con los parámetros de dicha señal?
Parte 2
Programa para envío de datos
El programa 2 tiene como objetivo generar una señal con Simulink y enviarla por el puerto
analógico de salida de la tarjeta de adquisición.
a) Agrega los módulos Analog Output (biblioteca Data Acquisiton Toolbox), Buffer
(biblioteca DSP System Toolbox>Signal Management Buffers) y Sine Wave (biblioteca
Simulink>Sources), como se muestra en las siguientes figuras.
Figura 3-1. Módulo Analog Output de la biblioteca Data Adcquisiton Toolbox.
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Figura 3-2. Módulo Buffer de la biblioteca DSP System Toolbox.
Figura 3-3. Módulo Sine Wave de la biblioteca Sources.
b) Configura los módulos Sine Wave y Analog Output como se muestra en las Figuras 3-4 y
3-5.
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Figura 3-4. Configuración del módulo Sine Wave.
Figura 3-5. Configuración del módulo Analog Output.
El diagrama de bloques se verá de la siguiente forma:
Figura 3-6. Diagrama de bloques para enviar una señal desde la tarjeta de adquisición de datos.
c) Conecta el puerto analógico de salida de la tarjeta (puertos 12[+] y 14[-]) al osciloscopio,
como se muestra en la Figura 3-7.
Figura 3-7. Conexión del puerto de salida de la tarjeta con el osciloscopio.
d) Corre el programa con un tiempo de simulación infinito.
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Figura 3-8. Tiempo de simulación.
Al hacer esto, el programa de Simulink envía una señal senoidal de 10[Hz] con 100 muestras por
periodo a la tarjeta.
e) Ahora modifica los parámetros de los bloques Sine Wave y Analog Output para generar
señales con las características solicitadas en la Tabla 2.
Toma en cuenta la siguiente ecuación:
𝑓𝑠 = 𝑓𝑖𝑛 ∗
Donde:
𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠
𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜
𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠
fs = frecuencia de muestreo [ 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 ]
fin = frecuencia de la señal a generar [Hz]
Frecuencia de señal [Hz]
50
200
2k
2k
2k
Muestras por periodo
10
30
15
100
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Tabla 2. Parámetros a modificar de la señal enviada.
f) Reporta la pantalla del osciloscopio para cada caso y explica cómo se modificaron los
módulos para generar las señales solicitadas. Elabora una tabla donde muestre Samples
per period y Output rate.
Programa 3
Programa para adquisición y envío de datos
a) Para generar el programa que adquiera y envíe los datos en Simulink agrega los módulos
Analog Input (Single Sample), Analog Output (Single Sample) y Real-Time Pacer.
Figura 4-1. Diagrama de bloques para adquisición y envío de datos a la tarjeta.
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b) Configura los parámetros de simulación.
Figura 4-2. Parámetros de simulación del programa.
c) Configura los módulos de la tarjeta (nota que el Block sample time = 0.1 es el periodo de
muestreo):
Figura 4-3. Configuración de los bloques Analog Input (Single sample) y Analog Output (Single sample).
d) Genera una señal seno de 1[Vpp] a 1[Hz] en el generador de funciones y conecta tanto al
canal 1 del osciloscopio como al puerto de lectura analógico de la tarjeta (15 y 16). Conecta
el puerto analógico de salida de la tarjeta (12 y 14) al canal 2 del osciloscopio.
e) Configura tiempo de simulación infinito.
Figura 4-4. Tiempo de simulación infinito.
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f) Visualiza las señales tanto original como muestreada y repórtalas.
Figura 4-5. Señal adquirida y señal enviada.
g) Modifica los parámetros necesarios para adquirir y enviar las señales con las
características mostradas en la Tabla 3. Reporta las pantallas del osciloscopio para cada
caso.
Toma en cuenta la siguiente ecuación:
𝑡𝑠 =
Frecuencia de señal [Hz]
1
5
10
1
𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠
𝑓𝑖𝑛 ∗
𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜
Muestras por periodo
50
10
10
Tabla 3. Parámetros de la señal adquirida y enviada.
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