Enhancing student learning in temperature sensing and data acquisition with PYRODAQ: A Python-Based Approach for Controlling National Instruments Data Acquisition Devices

Abstract

The motivation for this project arises from the importance of temperature sensing and data acquisition across various fields, particularly in electronics and engineering. It is a fundamental aspect of modern engineering, with applications ranging from climate control to industrial processes, healthcare, and scientific research. In engineering, National Instruments (NI) and Data Acquisition (DAQ) devices are notable tools, facilitating interaction with sensors and instruments. However, in educational settings, these devices often face accessibility issues due to complex and proprietary software like LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). This project's motivation is to address these challenges by harnessing Python's versatility and power. Python is an open-source language known for its simplicity and extensive libraries, making it ideal for scientific and engineering applications, including interfacing with NI DAQ devices. The project's culmination is a GUI-based Python application, aiming to provide a userfriendly interface closely integrated with NI DAQ systems. It empowers users in temperature sensing and data acquisition, making these processes accessible and efficient. This project enhances the usability and accessibility of essential tools for engineers, researchers, and students in electronics and engineering. The primary project’s aim is to streamline the construction process by offering a straightforward application. It simplifies the user experience and allows users to explore hardware-software connections, addressing gaps in traditional approaches. Additionally, the project emphasizes key concepts in electronic instrumentation, focusing on temperature measurement. A student guide is created to assist with installation, usage, and optimization. The project is divided into several sections. Chapter 2 outlines the methodology, including requirement gathering, implementation, testing, and user evaluation. Chapter 3 details the development of the temperature sensing circuit control application, covering its features, architecture, and user interaction. Chapter 4 addresses practical aspects, including circuit setup, calibration, and results analysis. In the concluding chapter, the project summarizes objectives and key findings, highlighting the application's usability and potential for enhancing learning experiences. It acknowledges the learning journey in Python programming and GUI design, emphasizing the importance of adaptability. Overall, the project achieved its primary research objectives, delivering an educational application (PyroDAQ) for temperature sensing and data acquisition. It provides a foundation for further exploration and customization in the field, emphasizing the value of open-source tools and hands-on experiences in electronic instrumentation.

La motivación de este proyecto surge de la importancia de la medida de la temperatura y la adquisición de datos en diversos campos, especialmente en electrónica e ingeniería. Es un aspecto fundamental de la ingeniería moderna, con aplicaciones que van desde el control climático hasta procesos industriales, atención médica e investigación científica. En la ingeniería, los dispositivos de National Instruments (NI) y la adquisición de datos (DAQ) son herramientas destacadas que facilitan la interacción con sensores e instrumentos. Sin embargo, en entornos educativos, estos dispositivos a menudo enfrentan problemas de accesibilidad debido al software complejo y propietario como lo es LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). La motivación de este proyecto está en abordar estos desafíos aprovechando la versatilidad y potencia de Python. Python es un lenguaje de código abierto conocido por su simplicidad y sus amplias bibliotecas, lo que lo hace ideal para aplicaciones científicas e ingenieriles, incluida la interfaz con dispositivos NI DAQ. La culminación del proyecto es una aplicación Python basada en una interfaz gráfica de usuario (GUI), con el objetivo de proporcionar una interfaz amigable para el usuario estrechamente integrada con los sistemas NI DAQ. Empodera a los usuarios en la medida de la temperatura y la adquisición de datos, haciendo que estos procesos sean accesibles y eficientes. Este proyecto mejora la usabilidad y accesibilidad de herramientas esenciales para ingenieros, investigadores y estudiantes en electrónica e ingeniería. El objetivo principal del proyecto es simplificar el proceso de construcción mediante la oferta de una aplicación sencilla. Simplifica la experiencia del usuario y permite a los usuarios explorar las conexiones entre hardware y software, abordando las deficiencias de enfoques tradicionales. Además, el proyecto enfatiza conceptos clave en la instrumentación electrónica, centrándose en la medida de la temperatura. Se ha creado una guía para estudiantes para ayudar en la instalación, el uso y la optimización. El proyecto se divide en varias secciones. El Capítulo 2 describe la metodología, que incluye la recopilación de requisitos, la implementación, las pruebas y la evaluación por parte del usuario. El Capítulo 3 detalla el desarrollo de la aplicación de control de circuito de detección de temperatura, cubriendo sus características, arquitectura e interacción con el usuario. El Capítulo 4 aborda aspectos prácticos, como la configuración del circuito, la calibración y el análisis de resultados. En el capítulo de conclusión, el proyecto resume los objetivos y hallazgos clave, destacando la usabilidad de la aplicación y su potencial para mejorar las experiencias de aprendizaje. Se reconoce el proceso de aprendizaje en la programación de Python y el diseño de GUI, enfatizando la importancia de la adaptabilidad. En resumen, el proyecto ha logrado sus objetivos de trabajo principales al proporcionar una aplicación educativa (PyroDAQ) para la medida de la temperatura y la adquisición de datos. Ofrece una base para una mayor exploración y personalización en el campo, destacando el valor de las herramientas de código abierto y las experiencias prácticas en la instrumentación electrónica.