Investigação do laboratório remoto VISIR para implementação de novos componentes, instrumentos e funcionalidades [TCC] / Kael Ricardo Kill; conselheiro, Luis Carlos Martinhago Schlichting; coorientador, Daniel Dezan de Bona – Florianópolis, SC, 2019. Trabalho de conclusão de curso (Eletrônica Industrial) – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Este trabalho tem como objetivo relatar o conhecimento adquirido com a revisão do laboratório remoto VISIR, o desenvolvimento de uma nova interface para o multímetro e a inserção do componente diodo.
No primeiro semestre de 2017, foi implantado o laboratório remoto VISIR no campus Florianópolis do IFSC.
Definição do problema
Justificativa
OBJETIVOS
Objetivo geral
Objetivos específicos
Ensino a Distância
O primeiro bloco tem como objetivo apresentar um breve panorama do ensino a distância e dos laboratórios remotos e, mais especificamente, do VISIR. O maior problema é substituir os laboratórios por um modelo que ofereça a mesma qualidade de aprendizagem (SCHLICHTING, 2016).
Laboratórios remotos
- HTML
- CSS
- JavaScript
- PHP
- XML
- TCP/IP
- HTTP
- LabView
Os tipos de dados que uma variável pode armazenar em JavaScript são: string, número, booleano, array e objeto. Assim como outras linguagens de programação, o PHP permite o uso de variáveis que podem armazenar diferentes tipos de dados. Os tipos de dados primitivos em PHP são: Booleano, inteiro, número de ponto flutuante, texto, array e objetos.
XML – eXtensive Markup Language – é uma linguagem de marcação simples e flexível semelhante ao HTML, e seu principal objetivo é transferir dados entre diferentes sistemas e apresentar dados separados (W3C, 2008). Esta tag também apresenta um atributo (gênero=”feminino”) e outros elementos – tags de nome e sobrenome – como conteúdo. O Hypertext Transfer Protocol (HTTP) é um protocolo da camada de aplicação enviado por TCP/IP e é usado principalmente para transferir documentos de hipertexto, como HTML e XML.
PUT substitui as representações atuais do recurso de destino pela carga útil de dados da solicitação. LabView (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) é uma linguagem de programação gráfica desenvolvida pela National Instruments para facilitar a aquisição de dados e controle de instrumentos. A programação em blocos é muito semelhante a um fluxograma, onde os dados fluem de um elemento, ou nó, para outro.
VISIR
Plataforma PXI
Para simular uma bancada comum e permitir a realização de experimentos, o VISIR conta com instrumentos tradicionais de uma bancada eletrônica: fonte de tensão, gerador de funções, osciloscópio e multímetro digital. Ao contrário dos instrumentos encontrados em um laboratório real, onde cada instrumento possui seu próprio gabinete com botões, seletores e displays, no VISIR os instrumentos são placas modulares instaladas em um chassi. As placas possuem as mesmas funções dos instrumentos convencionais e o chassi é responsável pela alimentação das placas e pela comunicação entre a plataforma e o computador através do protocolo Peripheral Component Interconnect (PCI) (TAWFIK, 2011).
No IFSC-Florianópolis os instrumentos instalados são: fonte de tensão ajustável PXI-4110, multímetro PXI-4072, gerador de funções PXI-5402 e osciloscópio PXI-5114.
Matriz de comutação de relés
As placas componentes (Figura 20) possuem 10 soquetes para componentes de dois terminais conectados diretamente ao relé e um soquete de 20 pinos, que pode ser utilizado para componentes mais complexos. Os relés simples poderão, se necessário, ser substituídos por relés duplos, que serão denominados 5, 7, 12 e 14 (GUSTAVSSON, 2016). Nestas placas podem ser instalados até dois componentes com dois terminais, que podem ser conectados livremente entre os nós A, D, F, H e 0.
Para conectar um componente na matriz, instale o componente usando os conectores de relé ou o conector de circuito integrado (IC) de 20 pinos e, em seguida, usando fios, o relé será conectado a um nó específico no conector do nó. Cada bloco representa um servidor que hospeda diferentes serviços, e embora todos possam ser hospedados em um único computador, é conveniente analisar cada um separadamente para entender a função de cada servidor no laboratório remoto, entender como é feita a comunicação entre os servidores e o conteúdo das informações trocadas.
Equipment Server
Mesmo instrumentos que não são de medição, como uma fonte de tensão ou um gerador de função, retornam alguns parâmetros ao usuário. Deslocamento vertical Localização do centro da faixa vertical Atenuação da ponta de prova Qualquer número real positivo. Ainda existe um arquivo chamado 'component.list' no servidor do equipamento que define os componentes e instrumentos instalados no array.
Qualquer alteração de hardware deverá ser descrita neste arquivo, pois através dele o sistema identifica os componentes instalados. Os elementos fornecidos no sistema são: resistência (R), capacitor (C), curto (SHORTCUT), indutor (L), transistores (Q), amplificadores operacionais (OP), potenciômetros (POT), fontes de tensão (VDCCOM, VDC25V , VDC-25V, VDC6V), gerador de funções (VFGENA, VFGENB) e um componente genérico denominado caixa preta (BLACKBOX). Onde R é o elemento do resistor, 2 é o número da placa componente onde o resistor está instalado, 7 é o número do relé ao qual o resistor está conectado, A e B são os nós onde o relé conecta o resistor e 10k é o valor do resistor.
A conexão de instrumentos ou componentes com três ou mais terminais segue o mesmo padrão (TAWFIK, 2011). Os nós NC1, NC2 e NC3 são pinos não conectados do IC, que junto com os demais nós formam um total de 8 pinos do amplificador operacional u741. Os componentes instalados nos freecards seguem o mesmo padrão e todos os nós onde o componente pode ser conectado devem ser incluídos.
Measurement Server
Onde R é o tipo do componente, R1 é um identificador exclusivo do componente na lista máxima, A e B são os nós onde o componente pode se conectar e 10k é o valor do componente. Neste exemplo, o gerador de função pode ser conectado ao nó A e limitará sua amplitude máxima a 2,5 V e a fonte de tensão de +25 V pode ser conectada ao nó H e limitará sua tensão máxima a 25 V e a corrente máxima a 500 mA (TAWFIK, 2011).
Web Server e Web Interface
Por exemplo, um professor pode disponibilizar apenas alguns resistores e permitir o uso do multímetro apenas para um experimento específico. Quando o usuário faz uma medição, o navegador envia um arquivo XML ao servidor descrevendo todas as conexões e configurações do instrumento. Cada ferramenta possui um conjunto de variáveis que são vinculadas ao XML para formar um único arquivo enviado via HTTP/IP.
Um exemplo de arquivo XML correspondente a um experimento e configurações do instrumento pode ser visto na Figura 35. Entre os marcadores
Portanto, as seguintes etapas do trabalho são: a descrição da adição de um componente não previsto no sistema, o diodo, a modificação do multímetro padrão para possibilitar a medição do diodo e a inserção de 'um novo multímetro no sistema.
Adicionando o componente diodo
Configurando o Equipment Server
Como visto anteriormente, o Equipment Server é um servidor escrito em LabView, linguagem de programação gráfica da National Instruments. Uma das funções necessárias para trabalhar com o diodo é ler a queda de tensão no componente usando um multímetro digital. Lembrando os parâmetros do multímetro listados na Tabela 5, percebe-se que o Equipamento Servidor já disponibiliza a medição dos diodos, bastando passar os parâmetros corretos para o servidor.
Como o instrumento já estava configurado para funcionar com teste de diodo, não houve necessidade de realizar nenhuma alteração no código fonte do multímetro digital neste servidor. Embora nenhuma intervenção tenha sido necessária para o funcionamento do multímetro, foi adicionado um bloco na interface do LabView (Figura 37) que permitiu visualizar as solicitações que chegavam ao servidor do equipamento. Ainda no Equipamento Servidor foi necessário habilitar a matriz de comutação para reconhecer e trabalhar com o diodo.
Uma vez incorporado o diodo na matriz da chave, ele precisará ser adicionado ao arquivo component.list, inserindo o tipo, número da placa, número do relé, nós onde o componente pode ser conectado e seu valor. Com essas alterações, o Equipamento Servidor está pronto para aceitar instruções relacionadas ao diodo, podendo o dispositivo também ser instalado em uma matriz de chaveamento. Ainda é necessário configurar a interface do usuário para poder utilizar o diodo no navegador e configurar o Servidor de Medição para processar mensagens com conteúdo relacionado ao diodo.
Configurando o Measurement Server
Configurando o Web Server
A posição do cursor equivalente ao teste de diodo no multímetro VISIR padrão está definida como "desligada". A Figura 39 mostra o componente posicionado com diferentes rotações – habilitadas pelo marcador
O diodo e o teste de diodo no multímetro padrão, que antes não existiam no sistema, agora são elementos que podem ser utilizados no VISIR instalado no DAELN.
Adicionando um novo multímetro – Minipa ET-2042D
Revisão do Equipment Server e Measurement Server
Configurando o Web Server
A tela onde os resultados das medições são mostrados é um campo de texto HTML, com propriedades configuradas para imitar a exibição do multímetro real. O botão de opção (Figura 43) é uma imagem com tamanho e posição fixos, mas que pode ser girado usando funções JavaScript. Com base no ângulo de rotação da imagem é possível determinar o modo do multímetro selecionado pelo usuário.
O HTML do instrumento é armazenado como uma variável - var tpl - no arquivo 'minipamultimeter.js', portanto não existe nenhum arquivo com a extensão '.html' para o instrumento. Utilizando essas propriedades, foi possível sobrepor a imagem da chave seletora e o texto do display sobre a imagem do corpo do instrumento. Neste arquivo existe uma função que verifica o ângulo de rotação da imagem da chave seletora e associa esse ângulo a um dos 30 modos do multímetro.
Para definir os parâmetros de cada um dos 30 modos possíveis, foi criada uma estrutura de chave onde para cada posição da chave seletora será atribuído um valor às variáveis de faixa e função - através da função SetMode(mode) -, que irá ' é anexado ao arquivo XML para ser transmitido a outros servidores. A Tabela 8 relaciona a posição da chave seletora com o ângulo da imagem e os valores a serem armazenados nas variáveis de modo e faixa. Observando a Figura 36, percebe-se que o valor armazenado na variável dmm_result – 9.831235e+002 – não está em formato semelhante ao que pode ser exibido na tela do multímetro.
A Figura 47 mostra a resposta do multímetro para medições de tensão CC, tensão CA, corrente CC, corrente CA, capacitância, frequência e teste de diodo. Com a adição do diodo e do multímetro Minipa ET-2042D e seu correto funcionamento, essas alterações foram confirmadas como possíveis e viáveis.
