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Transcrição

1 Coletor automático de dados (datalogger) e sensores elétricos Disciplina ACA 221 Instrumentos Meteorológicos e Métodos de Observação Humberto Ribeiro da Rocha, Helber Freitas, Eduardo Gomes apoio à Aula Prática de Laboratório : Instrumentos meteorológicos automáticos Material apresentado exclusivamente aos alunos da disciplina, com conteúdo referenciado da literatura e disponível na www NÃO CIRCULAR

2 Coletor automático de dados (datalogger) e sensores elétricos Princípios 1. Definição 2. Arquitetura 3. Aplicações

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4 DEFINIÇÃO Sistema automático com microprocessador, de função programável para: aquisição armazenamento e processamento de dados; Tipos de sensores ligados ao datalogger: analógicos, digitais e de pulso

5 DEFINIÇÃO Tipos logger específico para sensor único logger de grande versatilidade (aceitam vários sensores, funções e operações) (exemplos) Ambiente de operação interno externo (em gabinete isolado de radiação e água) -25 a +50 ºC; UR até 100% sem condensação

6 DEFINIÇÃO Software de interface com usuário linguagem de programação específica do fabricante programação inclui comandos para - tipo de sensor, - freqüência de aquisição de sinal e armazenamento de dados; - outras funções : polinômios de calibração; funções matemáticas estatísticas (média, histograma, max, min,..) visualização do dado em tempo real;

7 DEFINIÇÃO Tipos de sensor: analógicos ativos excitado (por exemplo por tensão (V) retorna informação como corrente (A) (ex: termistor T107, termistor HMP45C); passivos não recebe excitação saída de informação como tensão (V) ou corrente (A) (ex: termopar);

8 DEFINIÇÃO Tipos de sensor: sensor de pulso : excitado converte informação analógica em pulsos elétricos a cada evento (ex: pluviômetro, anemômetro) digital : excitado transforma informação analógica em digital (informação binária) retorna ao datalogger (ex: anemômetro sônico);

9 ARQUITETURA Módulos funcionais 1. INTERFACE COM O SENSOR 2. PROCESSAMENTO DE INFORMAÇÃO 3. INTERFACE COM USUÁRIO Desenho esquemático dos módulos funcionais de um datalogger

10 ARQUITETURA Módulos funcionais 1. INTERFACE COM O SENSOR Desenho esquemático dos módulos funcionais de um datalogger

11 ARQUITETURA Excitação: ativa sensor para executar medida (por um sinal de tensão); Multiplexador: amplia o número de portas de um datalogger; Contador: conta o número de pulsos elétricos;

12 ARQUITETURA Portas Digitais: recebe sinal em formato digital; Portas Analógicas: recebe sinal como tensão (V) ou corrente elétrica (A); Canal SE: (single ended) mede a tensão em relação à referência do logger (ex.: terra). Canal DIF: (diferencial) mede a tensão em relação a uma referência definida.

13 ARQUITETURA Exemplo de ligação de equipamentos e suas portas Pluviômetro Anemômetro de copo e catavento Termômetro Anemômetro Sônico Computador Outros (pontes resistivas) : T107, saldo-radiômetro Exemplo de sensores ligados ao datalogger

14 ARQUITETURA Módulos funcionais 2. PROCESSAMENTO DE INFORMAÇÃO Desenho esquemático dos módulos funcionais de um datalogger

15 ARQUITETURA Microprocessador: executa instruções do programa Memória: área de gravação e execução do programa, e armazenamento de dados; Clock: cristal oscilador, fornece base de tempo para execução do programa e informações de data

16 ARQUITETURA Conversor Analógico/Digital: converte sinal analógico em digital (transformação sinal (tensão/corrente) do sensor em sinal digital); Conversor Digital/Analógico: converte sinal digital em analógico (etapa de excitação sensor pelo datalogger)

17 ARQUITETURA Módulos funcionais 3. INTERFACE COM USUÁRIO Desenho esquemático dos módulos funcionais de um datalogger

18 ARQUITETURA Porta Serial via de comunicação digital padrão, usada para datalogger <> computador. conectar dispositivo de rede, rádio-transmissor, transmissor por telefonia celular ou modem. Coleta de dados: computador notebook : via porta serial RS232; cartão de memória PCMCIA : driver instalado rede : datalogger com endereço conectado a computador; transmissão remota : via rádio, celular ou satélite;

19 APLICAÇÃO Taxa de aquisição (amostragem) e taxa de gravação: programável Taxa de aquisição 10 vezes / s (10 Hz) (ex: quandomedidas rápidas são necessárias) 1 a 10 min (temperatura do ar, radiação) pulso (Precipitação) : independe da taxa de amostragem (conta somente quando há movimento da báscula) Taxa de gravação: evento, ou médias, max, min, variância no período de : 1 s (ex : variáveis de turbulência) 10, 30, 60,... min (variáveis de uma estação meteorológica convencional)

20 APLICAÇÃO 4. Capacidade de armazenamento Gravar média horária de Temperatura (24 registros / dia) um registro de dados (record) = 2 by espaço do disco = 1000 records = 2Kby (exemplo) Taxa de gravação = 24 rec/dia = 48 by /dia... período de dias disponível = 2Kby / (48 by /dia) = 41,6 dias exemplos : Loggers mais antigos: 256Kb ou menor Logger moderno: até 2Mb

21 APLICAÇÃO 6. Fonte de alimentação 120 V AC rede convencional de energia 12 V DC baterias (Pb-acido ou gel) com recarregador (ex: painel solar) Exemplo para uma estação meteorológica: 1 bateria 7 Ah, 1 painel solar 30 W

22 APLICAÇÃO Instrumentação meteorológica de monitoramento contínuo, sobre sítio experimental de cana-de-açúcar Laboratório de Clima e Biosfera Iag/Usp

23 APLICAÇÃO Analisador de gás Interface anemômetro sônico Painel de energia Computador portátil para aquisição de dados Teclado para programação e visualização dos dados Coletor de dados (Datalogger) Multiplexador de canais Gabinete com equipamentos e datalogger empregados em experimento micrometeorológico em um sítio experimental de cana-de-açúcar Iag/Usp

24 APLICAÇÃO Instrumentação meteorológica de monitoramento contínuo, em sítio experimental de eucalipto Iag/Usp