Sistemas de medida e aquisição de dados exigem barramentos apropriados para terem a melhor performance. Hoje, pode-se contar com diversos padrões de barramentos para uso numa aplicação. A escolha do melhor é um problema para o profissional que não está totalmente familiarizado com as características de cada um. Nesse artigo procuraremos dar uma visão geral dos principais padrões de barramentos que podem ser usados nessas aplicações, de modo a facilitar uma eventual escolha para que ela seja a melhor para seu caso.
Se bem que possamos contar com bons barramentos para a aquisição de dados e medidas e até combiná-los numa mesma aplicação, obtendo o que se denomina de sistema híbrido, a escolha normalmente se faz em função dos padrões mais comuns que são o LXI, PXI, USB e GPIB e será justamente deles que pretendemos tratar nesse artigo.
Para que eles possam ser escolhidos, também será interessante que nos concentremos nas características que sejam mais importantes para a aplicação, o que vai ser determinado justamente pelo projetista.
É claro que o que daremos nesse artigo é apenas o fundamental e que, nas aplicações mais críticas, o projetista deve se aprofundar mais. No entanto, com base no fundamental já se pode ter uma visão geral das possibilidades que cada um tem de atender às suas necessidades.
LXI
LXI é o acrônimo de LAN eXtensions for Instrumentations, sendo um padrão baseado em Ethernet especialmente para comunicações em instrumentação. A idéia é dotar o padrão de uma tecnologia padronizada para assegurar a conveniência, interoperabilidade e ainda que seja fácil de usar.
No barramento LXI temos a definição de três classes de dispositivos (A, B e C), que definem os dispositivos que podem ser contidos. Todos os três possuem uma interface Ethernet padrão, um servidor Web embutido com páginas padronizadas e um driver IVI de instrumentos. Os dispositivos da classe B possuem alguns recursos adicionais para disparo, mensagens e sincronização enquanto que os dispositivos da classe A possuem um barramento disparador LXI.
O barramento LXI aproveita as vantagens das redes Ethernet, que é bastante eficiente na transferência de grandes quantidades de informações além de ter um alcance maior. Nesse barramento o alcance chega aos 100 metros com uma velocidade de até 1 Mbits/s e o modo de operação é serial. Na figura 1 temos um exemplo de uso desse barramento em instrumentação.
PXI
PXI significa PCI eXtensions for instrumentation, sendo esse padrão de barramento baseado no padrão industrial de interfaceamento PCI.
O modo de temporização e disparo usa sinais num plano de fundo o que possibilita a sincronização de diversos dispositivos sem a necessidade de conexões externos. O padrão barramento PXI pode transferir dados para um PC embutido para análise.
Existem algumas diferenças entre o barramento PCI e PXI a serem consideradas. O PXI, por exemplo, tem um barramento de disparo que permite a coordenação entre o controlador e os periféricos. Existe ainda um sinal de clock de 10 MHz que pode ser usado para sincronizar a operação de periféricos. Também existe um barramento de sinal local que pode ser usado por periféricos para compartilhar sinais de slot para slot.
Esse padrão de barramento é ideal para aplicações que envolvam aquisição de dados com elevado nível de sincronização. Aplicações com elevado número de canais podem se beneficiar das características desse barramento.
Na figura temos 2 um exemplo de aplicação.
Nesse barramento, a transmissão de dados é paralela com uma velocidade de até 133 Mbytes/s.
USB
Em uso desde 1995, o padrão Universal Serial Bus tem diversas vantagens que devem ser analisadas antes de se fazer sua adoção. Dentre elas destacamos a utilização de padrões de comunicações já existentes e ainda a capacidade de operar com muitos dispositivos ao mesmo tempo.
Além disso, os dispositivos podem ser conectados e desconectados de um PC energizado sem perigo de danos ou sem a necessidade de restart. O protocolo USB inclui a opção plug-and-play que permite que o sistema reconheça qualquer novo dispositivo conectado ou desconectado, reconfigurando automaticamente o PC. Também deve considerado que, com a crescente utilização desse barramento, existem á disposição diversos adaptadores que permitem utilizar outros barramentos em conjunto.
Uma desvantagem que deve ser considerada nesse barramento é a sua linha de terra. Enquanto que os outros barramentos possuem os terras incluídos nos PCs, o padrão USB especifica uma linha de terra longa que tem terminações dos dois lados. Isso significa a necessidade de se incluir dispositivos de proteção contra transientes e outros problemas que podem ocorrer no seu funcionamento.
Mas, ao lado das desvantagens, existem as vantagens. Uma delas está na possibilidade de se usar módulos remotos, distantes de eventuais fontes de perturbações. Como esses módulos podem ser pequenos, eles podem ser usados com facilidade em aplicações de teste e medidas remotas.
No entanto, o padrão USB é mais recomendado para aplicações de aquisição de dados e monitoramento que não exijam sincronização. Também é preciso lembrar que sua operação é melhor em sistemas de baixa velocidade e baixo consumo.
Este padrão de barramento possui duas versões básicas apropriadas para aplicações industriais. O USB 1.1 é serial e trabalha em velocidades até 12 mbits/s enquanto que o USB 2.0 é também serial e opera com velocidades de até 480 Mbits/s. A distância máxima por cabo entretanto é pequena, da ordem de 5 metros.
Na figura 3 uma aplicação em aquisição de dados e controle para esse barramento sugerida pela National Instruments (www.ni.com).
GPIB
Também conhecido como padrão IEEE-488, o GPIB (General-Purpose Interface Bus) é o mais antigo de todos, estando em uso desde 1965. Sua finalidade é proporcionar uma interface de comunicações padronizada para uma ampla gama de instrumentos de laboratório.
Trata-se de um barramento paralelo de 8 bits que opera numa velocidade que chega a 1 Mbyte/s, aceitando a conexão simultânea de até 15 dispositivos em configuração estrela ou linear, conforme mostra a figura 4.
Esse padrão de barramento não é padrão nos PCs, exigindo-se um adaptador com software apropriado. Como esses sistemas foram usados durante um bom tempo em muitas aplicações como laboratórios, universidades e indústrias, e representaram um investimento muito alto, existe uma relutância em se fazer suas substituição, de modo que ele deve ser usado ainda por um bom tempo.
O padrão de barramento GPIB é indicado para aplicações sensíveis como as que envolvem sinais muito fracos, como correntes de microampères ou tensões de nanovolts assim como aplicações de alta potências.
A velocidade máxima de transmissão é de 8 Mbytes/s e a distância máxima típica é da orem de 20 metros, podendo ser estendida.
Conclusão
Conforme pudemos ver, a escolha do padrão de barramento apropriado está tanto vinculada à sua existência prévia como também ao tipo de aplicação. As informações básicas que demos permitem ao leitor já ter uma idéia de qual escolher.
A partir daí é só procurar por informações adicionais que estejam diretamente ligada ao seu tipo de aplicações e que lhes permita fazer a escolha final.
