Labview

INSTRUMENTACION VIRTUAL REMOTA

Ing. César Gerardo Martínez Sánchez

Dr. Manuel E. Macías García

Departamento de Ingeniería Eléctrica

ITESM, Campus Monterrey

I. INTRODUCCION

Hoy en día, es posible pensar en el uso de instrumentos virtuales como una posibilidad real para llevar a cabo los proyectos y prácticas que actualmente se realizan solamente con el apoyo de instrumentos reales que se encuentran en los laboratorios. Pero, ¿qué es un instrumento virtual?, Un instrumento virtual es un sistema para el control y adquisición de datos, el cual hace uso de la computadora personal y es asistido por un software flexible y de gran capacidad. Con el instrumento virtual (VI), pueden crearse aplicaciones especializadas, fácilmente reconfigurables, combinando, por ejemplo, adquisición de datos (DAQ) y funciones de análisis del software de aplicación. Cabe mencionar que si a lo anterior aunamos la capacidad de procesamiento, comunicación y almacenamiento de la computadora, nos encontramos ante un sistema que garantiza lograr el objetivo a gran escala.

Con el fin de ilustrar de manera más clara la presentación de este trabajo, describamos una situación que con el paso del tiempo debe convertirse en una situación cotidiana: el profesor se encuentra en cualesquier lugar consultando información relacionada con un proyecto a realizar; a través de una herramienta de comunicación interactiva (Messenger) observa la solicitud que uno de sus alumnos hace para establecer comunicación. Esta charla se centra en la petición para efectuar la revisión del proyecto que forma parte del curso. Acto seguido, ambos interlocutores se disponen a abrir una aplicación que les permita ejercer sus funciones: el profesor llevando a cabo la revisión y emitiendo comentarios y el alumno efectuando correcciones y solicitando asesoría adicional. Tal ejemplo muestra las posibilidades de combinar un instrumento virtual (VI) e internet.

II. OBJETIVO

Es bien sabido que un principio pedagógico establece que para reforzar el conocimiento teórico adquirido en el aula es necesario llevarlo a la práctica, con el fin de asimilar éste con mayor profundidad; traducida esta aseveración a lenguaje coloquial, tendría el siguiente significado: “ si lo hago, lo entiendo”.

En la actualidad, las instituciones de educación media superior y superior en nuestro país utilizan los laboratorios con este fin: que el alumno aprenda a analizar y a observar el fenómeno físico con toda claridad a través de prácticas. Para ello, emplean las herramientas tradicionales presentes en todo laboratorio, dependiendo, obviamente, del tipo de tarea a realizar. Considerando el área de interés que nos ocupa, dicha labor se enfoca a la medición y cuantificación de variables factibles de ser observables. Entendamos por herramientas y/o instrumentos tradicionales aquellos que:

• han demostrado su eficacia a través del tiempo

• no demandan (en casos específicos) personal altamente calificado para su manejo

• su costo es accesible para las instituciones educativas, públicas y privadas.

• son confiables en la obtención de resultados

• por su demanda en el mercado aún siguen vigentes.

El objetivo principal de este trabajo es difundir y hacer extensivo el uso de instrumentos virtuales a través de una red, en aquellas áreas del conocimiento que así lo requieran, involucrando a profesores y alumnos de manera equitativa. Hemos considerado incluso que pueda presentarse el caso en el que la conexión a una red no sea posible, para lo cual el instrumento en cuestión puede ser usado de manera local (en la propia PC); sobremanera nos interesa el caso con conexión en red, que aquí definiremos como remoto, para el que internet es el medio propicio de difusión; asimismo, consideremos el valor agregado a las habilidades del alumno en cuanto al uso de lenguajes de programación gráfica y protocolos de comunicación, requisitos indispensables para iniciar el proyecto. (ver Fig. 1)

III. ESTRATEGIAS.

Requerimientos.

Si consideramos los métodos de enseñanza tradicionales, es ampliamente perceptible la dificultad que se encuentra cuando el alumno debe acudir a citas pre-establecidas con el profesor, sean éstas para recibir instrucciones y realizar la práctica ó para efectuar revisiones si ésta se ha concluido. Aunado a lo anterior, tengamos en cuenta la cantidad de trabajo que para el profesor implica revisar y atender a una considerable cantidad de alumnos en un mismo espacio. Aquí se presentan dos puntos que con la innovación que pretendemos, en el futuro serán motivo de olvido:

1. espacios reducidos en los laboratorios, que afectan en buena medida el desempeño de alumnos y profesor.

2. rigidez en el horario, que implica una serie de dificultades para revisar y/o finiquitar la práctica.

Respecto al primero de ellos, es importante anotar que cuando los grupos de alumnos son numerosos, el equipo presente en los laboratorios quizá sea insuficiente, lo cual crea “cuellos de botella”, que redundan en incomodidad para los practicantes y reducción del tiempo de vida útil del equipo. En cuanto a la inflexibilidad de un horario previamente establecido, conocemos la cantidad de dificultades que implica trasladarse de un lugar a otro con el consiguiente gasto de recursos.

Desarrollo del proyecto.

En una cantidad diversa de materias impartidas por los profesores adscritos al Departamento de Ingeniería Eléctrica, es indispensable el uso de osciloscopios (entre otros instrumentos), cuyo principal propósito es mostrar al alumno la forma de onda de una señal eléctrica y a la vez efectuar la medición de diversos parámetros contenidos en tal señal.

Por tal motivo, hemos centrado nuestro propósito en el diseño de un “osciloscopio virtual” que emule al instrumento real, con las características inherentes al mismo, pero que una vez realizada la conexión a una red, transmita los valores de los parámetros a otro instrumento virtual capaz de analizarlos y controlar la adquisición de los mismos en el otro extremo de conexión.

Asimismo, consideramos diversas situaciones previas al diseño del instrumento, las que en concordancia con nuestro objetivo, deben definir con claridad quien asume la función de servidor y quien la función de cliente, para lo cual es indispensable mencionar que el servidor proporciona todos los elementos necesarios en la realización de las mediciones, ya que a él se encuentra conectada físicamente una tarjeta adquisitoria de datos.

Analicemos la perspectiva desde dos ángulos posibles:

1. ¿Qué puede llevar a cabo el cliente?

• obtener datos del servidor.

• poseer el control sobre las funciones que realiza el servidor.

• dar por terminada la sesión virtual en el momento que así lo determine.

2. ¿Qué puede llevar a cabo el servidor?

• obtener datos de la tarjeta adquisitoria de datos (DAQ card)

• observar las funciones que está utilizando el cliente en el instante

• terminar la sesión virtual en el momento que así lo determine.

• actuar como servidor local

Con el fin de desarrollar el presente trabajo empleamos el sistema de desarrollo de LabView, herramienta de programación gráfica, en conjunción con tarjetas de asquisición de datos.

Son dos las tareas principales que hemos planteado para la realización de este trabajo:

1. analizar los protocolos para efectuar la comunicación remota y

2. programación del instrumento virtual (VI).

Una vez definido el protocolo de comunicación empleado procedimos a programar el instrumento virtual, sin olvidar que dicho instrumento debe emular al instrumento real. Entonces, el alumno puede encontrarse en cualesquier lugar y con solo acceder a una red estará en posibilidades de dar a conocer sus resultados a otro usuario, siempre y cuando se conozca la IP remota.

IV. RESULTADOS Y CONCLUSIONES.

El sistema de desarrollo de LabView contiene varios protocolos que emplea para efectuar comunicación a través de la red:

• TCP

• UDP

• Web Server

• VI Server

• DataSocket

Con el fin de analizar cada uno de ellos, procedimos a programar pares de instrumentos virtuales (VI´s), en el que uno asume la función de cliente y el restante asume la función de servidor. El propósito de este análisis es seleccionar aquel protocolo que mejor se ajuste a nuestras necesidades de velocidad de transmisión de datos y confiabilidad en la recepción de los mismos y que además permita tanto al cliente como al servidor efectuar la manipulación de los controles de manera local y/o remota. Una vez analizados los diferentes protocolos de comunicación que mencionamos en el apartado anterior, seleccionamos el mecanismo TCP para establecer comunicación entre el servidor y el cliente, debido a las siguientes razones:

1. la gran mayoría de las computadoras conectadas en red, hacen uso de él.

2. es suficiente conocer la dirección IP de al menos una de las computadoras.

3. permite una completa manipulación de controles desde el servidor hacia el cliente.

4. detecta errores de comunicación, con lo cual es posible tomar una decisión para abortar ó continuar con el proceso.

Una vez definido dicho protocolo, iniciamos con la programación del osciloscopio virtual; estas son algunas de las características que posee el instrumento virtual (VI) (ver Fig. 2 y 3):

• Dos canales

• Canal matemático

• Medición de la base de tiempo

• Medición de la amplitud

• Cursores

• Disparo

• Medición en forma local ó remota.

• Identificación de dirección IP remota

Respecto al último de estos puntos es importante anotar que dada la portabilidad que se pretende, el VI puede utilizarse tanto en una computadora de escritorio como en una portátil, de aquí que el alumno pueda efectuar la práctica con conexión a red ó sin ella.

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