Politechnika Łódzka Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Laboratorium cyfrowej techniki pomiarowej Ćwiczenie 1 Zastosowanie programu LabVIEW w systemach pomiarowych
1. Wprowadzenie LabVIEW jest programem opracowanym dla systemów kontrolno-pomiarowych, w których istotną rolę odgrywają: akwizycja, obróbka danych pomiarowych i sterowanie procesami. Tworzenie aplikacji odbywa się w języku programowania graficznego G. Umożliwia on zbudowanie schematu procesu z gotowych bloków przedstawionych w postaci ikon. Eliminuje to konieczność żmudnego wpisywania wielu linii kodu. Obsługa oraz interfejs napisanych programów może imitować obsługę i wygląd rzeczywistych przyrządów, dlatego nazywane są one przyrządami wirtualnymi (Virtual Instruments VIs). Wykonane programy mogą komunikować się z urządzeniami zewnętrznymi za pomocą interfejsów GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485 oraz poprzez karty pomiarowe i Internet. Tak wiele sposobów komunikacji umożliwia budowę uniwersalnego oprogramowania, które zapewnia współpracę z różnego rodzaju zewnętrznymi urządzeniami pomiarowymi i sterowniczymi. 2. Praca z programem LabVIEW Po uruchomieniu programu LabVIEW i wybraniu z okna startowego opcji umożliwiającej tworzenie nowej aplikacji New VI, na ekranie pojawią się dwa okna edycyjne: Panelu (rys.1) i Diagramu (rys.2). Okno Panelu wykorzystywane jest do budowy interfejsu użytkownika. Można umieścić na nim szereg wirtualnych elementów przeznaczonych do sterowania aplikacją np.: potencjometry, pokrętła, przełączniki, włączniki, a także elementy przeznaczone do wizualizacji przebiegu procesu i sygnalizacji jego stanów, np.: wskaźniki świetlne, wyświetlacze, układy rysujące przebiegi czasowe badanych wielkości lub wykresy zależności różnych wielkości od siebie i to zarówno na płaszczyźnie jak i w przestrzeni. Do prawidłowego działania aplikacji oprócz interfejsu konieczny jest również kod źródłowy, dzięki któremu można kontrolować wszystkie elementy Panelu oraz symulować działanie wielu rzeczywistych urządzeń i dokonywać obróbki matematycznej na przetwarzanych przez program danych. Kod źródłowy powstaje poprzez budowę schematu procesu lub urządzenia w oknie Diagramu (rys.2). Schemat wykonuje się graficznie łącząc ze sobą ikony elementów reprezentujących między innymi funkcje logiczne, arytmetyczne, porównywania, komunikacyjne, operacji wejścia /wyjścia i analizy sygnałowej. Rys.1. Okno edycyjne Panelu z przykładowymi elementami interfejsu. 2
Rys.2. Okno edycyjne Diagramu z przykładowymi elementami. W każdym z dwóch okien edycyjnych znajduje się menu i pasek narzędziowy (rys. 1, 2). Menu zawiera w większości opcje obsługi plików i edycji znane z innych popularnych aplikacji np. MSOffice, dlatego ich szczegółowe omówienie nie jest w tej pracy konieczne. Na wstępie należy jednak wymienić dwie ważne opcje, których znajomość jest pomocna przy opracowywaniu programów w środowisku LabVIEW: 1. Operate Change to Edit/Run mode przełączenie pomiędzy trybem edycji obydwu okien a trybem działania. Tryb edycji umożliwia budowę schematu procesu i jego interfejsu oraz dokonywanie wszelkich zmian. 2. Window Show Panel/Diagram przełączanie pomiędzy oknami panelu i diagramu. Menu zawiera jeszcze kilka innych ważnych opcji, które zostaną omówione bezpośrednio podczas prezentacji sposobu budowy schematu i interfejsu. Pasek narzędziowy może zawierać dwie różne kombinacje przycisków. Uzależnione jest to od tego, które okno jest aktualnie oknem aktywnym. Wygląd obu pasków pokazuje rys. 3, przy czym należy zauważyć, że większość przycisków jest taka sama dla obydwu okien edycyjnych. a b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rys. 3. Paski narzędziowe okien edycyjnych programu LabVIEW, a) okna Panelu, b) okna Diagramu. Poszczególne przyciski mają następujące funkcje: 1. jednokrotne uruchomienie programu VI, 2. ciągłe uruchomienie programu VI, 3. zatrzymanie działania programu VI, 4. chwilowe zatrzymanie wykonywania programu pauza, 5. animacja ruchu danych na schemacie świecący punkt porusza się po połączeniach między ikonami elementów pokazując przepływ danych. Przyciski 6, 7, 8 wykorzystywane są w trybie debuggera do krokowego wykonywania programu. Przycisk 9 służy do wyboru czcionki i jej edycji, natomiast przyciski:10, 11 i 12 mają zastosowanie do ustawiania położenia ikon elementów względem siebie. Użytkownik buduje aplikacje korzystając z elementów zawartych w trzech paletach: Controls (rys.1.4), Functions (rys.1.5) i Tools (rys.1.6). Palety te można wyświetlić korzystając z następujących opcji menu okien edycyjnych: Window Show Controls Palette wywołanie palety Controls zawierającej elementy potrzebne do zaprojektowania interfejsu użytkownika w oknie Panelu. Paletę można również wywołać klikając Rys. 4. Paleta Controls prawym klawiszem myszy w oknie Panelu. 3
Window Show Functions Palette wywołanie palety funkcji zawierającej elementy wykorzystywane do budowy schematu w oknie Diagramu. Paletę można również wywołać klikając prawym klawiszem myszy w oknie Diagramu. Window Show Tools Palette wywołanie palety narzędzi zawierającej narzędzia niezbędne do łączenia ikon elementów oraz ich edycji w obu oknach edycyjnych. Rys. 6. Paleta Tools Tools Rys. 5. Paleta Functions Ikony zawarte w paletach Controls i Functions (rys. 5 i 6) w większości reprezentują grupy elementów o zbliżonej zasadzie działania. Pobranie konkretnego elementu wymaga niekiedy przejścia przez kilka niższych poziomów - podgrup. Dla przykładu, aby pobrać wirtualny model generatora sinusoidalnego należy otworzyć grupę zawierającą modele generatorów (Signal Generation), co wymaga wcześniejszego otwarcia grup Analyze i Signal Processing, rys. 7. Rys. 7. Rozwinięcie grupy Analyze z palety Functions do poziomu grupy generatorów. Na kolejnych stronach omówione zostały wszystkie grupy z palet Controls i Functions. Ze względu na ogromną liczbę elementów zawartych w tych grupach ich opis dotyczy jedynie ogólnego zastosowania 4
elementów danej grupy bez szczegółowego omawiania zasady działania i przeznaczenia konkretnych elementów. Szczegółowy opis wszystkich elementów można znaleźć w obszernej pomocy programu LabVIEW. Paleta Controls Numeric grupa elementów przeznaczonych do wprowadzania do aplikacji i odczytywania z aplikacji danych liczbowych, są to w większości modele wskaźników cyfrowych i analogowych oraz potencjometrów suwakowych i obrotowych. Boolean zestaw elementów do wprowadzania i odczytywania danych logicznych, np.: przełączniki, wskaźniki typu LED. String & Path elementy do wprowadzania i odczytywania danych w postaci łańcuchów tekstowych i ścieżek dostępu do plików. Array & Cluster modele elementów służących do wprowadzania i odczytywania danych w postaci rekordów lub macierzy. List & Table grupa elementów przeznaczonych do wprowadzania danych w postaci listy lub tabeli. Graph zestaw elementów przeznaczonych do prezentacji graficznej danych w postaci wykresów. Ring & Enum elementy umożliwiające wprowadzenie danych do programu poprzez wybór opcji z menu. I/O grupa elementów przeznaczonych do wprowadzania do aplikacji informacji opisujących operacje wejścia/wyjścia. Refnum elementy przeznaczone do identyfikacji operacji wejścia/wyjścia. Dialog Controls zestaw elementów wykorzystywanych do wprowadzania i odczytywania danych. Elementy z tej grupy mają szczególne zastosowanie przy tworzeniu formularzy. Classic Controls bardzo duża grupa elementów pochodzących z poprzednich wersji LabVIEW. Zestaw zawiera wiele ciekawych modeli starszych elementów zwłaszcza wskaźników nasycenia barwy, wskaźników LED oraz wyłączników. ActiveX elementy zawierające obiekty AbtiveX. Decorations zestaw obiektów graficznych wykorzystywanych do upiększania interfejsu użytkownika. Select a Control umożliwia wstawienie do programu elementów zapisanych przez użytkownika w postaci plików o rozszerzeniach: ctl i ctt. User Controls umożliwia wstawienie do programu elementów zapisanych przez użytkownika w katalogu User.lib. 5
Paleta Functions Structures zawiera sekwencję, instrukcję wyboru, pętle For i While, strukturę do edycji formuł oraz elementy do deklaracji zmiennych globalnych i lokalnych. Sekwencja Sequence umożliwia określenie dokładnej kolejności, w której będą wykonywane operacje w programie. Operacje wykonują się po kolei począwszy od okna o numerze 0. Instrukcja wyboru Case umożliwia realizację jednej z kilku zdefiniowanych operacji w zależności od wartości zmiennej doprowadzonej do pola selektora. Struktura ta w najprostszej postaci odpowiada instrukcji If... then... znanej z języków programowania. Pętla For odpowiada instrukcji For i=0 to N do... Operacje umieszczone w ramce wykonywane są N razy. Pętla While wykonywana jest dopóki warunek przekazywany do pętli będzie prawdziwy, przy czym sprawdzenie warunku wykonywane jest na końcu każdej iteracji. Struktura do edycji formuł Formula Node umożliwia wykonywanie formuł matematycznych. Numeric operacje na liczbach (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, inkrementacja, dekrementacja, sumowanie i mnożenie elementów macierzy, wartość bezwzględna, pierwiastkowanie, negacja, signum, 1/x, operacje na liczbach zespolonych, konwersje typów danych, funkcje trygonometryczne, funkcje logarytmiczne i stałe numeryczne. Boolean elementy wykonujące funkcje logiczne (AND, OR, NAND, NOR, EXOR, EXNOR, NOT, konwersja liczby w macierz boolowską i macierzy boolowskiej w liczbę, stałe logiczne). String elementy dokonujące operacji na łańcuchach (np.: łączenie łańcuchów, konwersje łańcuchów na liczby i odwrotnie, konwersje ścieżek na łańcuchy i odwrotnie). Array operacje na macierzach (obliczanie rozmiaru macierzy, pobieranie elementów macierzy o określonych indeksach, usuwanie elementów macierzy, tworzenie, dzielenie, rotacja, transpozycja, interpolacja, decymacja macierzy, sortowanie macierzy 1D, znajdowanie minimalnej i maksymalnej wartości w macierzy, przeszukiwanie macierzy). Cluster operacje na rekordach. Comparison elementy realizujące operacje porównania (równy, różny, większy, mniejszy, większy równy, mniejszy równy, równy zero, różny od zera, większy od zera, mniejszy od zera, większy równy zero, mniejszy równy zero, wyszukiwanie wartości minimalnej i maksymalnej, wybór źródła sygnału zależnie od spełnienia warunku logicznego, sprawdzenie, czy sygnał mieści się w zadanym zakresie, sprawdzenie, czy sygnał jest liczbą dziesiętną, ósemkową, szesnastkową itp.). Time & Dialog elementy związane z czasem i datą (np.: odmierzanie czasu, ustawianie opóźnień, pobieranie czasu i daty) oraz elementy do tworzenia okien dialogowych. File I/O operacje na plikach (tworzenie, otwieranie, zamykanie plików, odczyt danych z pliku, zapis danych do pliku itp.). Data Aquisition elementy przeznaczone do obsługi kart pomiarowych. Waveform operacje na przebiegach sygnałów (np.: dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie dwóch sygnałów, skalowanie, obliczanie transformaty FFT, znajdowanie minimum i maksimum). Analyze zestaw elementów do analizy i obróbki danych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz generacji sygnałów (obliczanie składowej stałej i wartości skutecznej sygnału, analiza harmonicznych, analiza SINAD, widmo mocy, widmo gęstości mocy, widmo amplitudowo 6
fazowe, widmo zespolone, uśrednione amplitudowo - fazowe widmo mocy, uśrednione zespolone widmo mocy, kontrola, czy parametry sygnału mieszczą się w zadanych granicach, detekcja pików w sygnale, detekcja poziomów wyzwalania, generacja funkcyjna, generacja sygnału z formuły, generacja szumu białego, generacja szumu białego o rozkładzie Gaussa, generacja szumu okresowego, generacja sygnałów w czasie, generacja sygnału impulsowego, funkcje konwolucji, dekonwolucji, korelacji wzajemnej, autokorelacji, decymacja, obliczanie estymat, wyznaczanie parametrów sygnału, obliczanie pochodnej x(t) i całki x(t), obliczenie transformaty FFT i odwrotnej transformaty FFT, obliczenie szybkich transformat Hilberta i Hartleya oraz ich odwrotności, wyznaczanie części rzeczywistej transformaty FFT, estymator częstotliwości sygnału sinusoidalnego o nieznanej długości, wyznaczanie spektogramu metodą Wignera Ville a oraz z wykorzystaniem algorytmu Short-Time Fourier Transform, wyznaczanie części rzeczywistej transformaty Laplace a, obliczanie transformaty Walsha Hammarda i odwrotnej transformaty Walsha Hammarda, konwersja skali widma, cyfrowe filtry Butterwortha, Czebyszewa i Bessela, odwrócony filtr Czebyszewa, filtr eliptyczny, filtr medianowy, filtr z ograniczoną (FIR) i nieograniczoną (IIR) odpowiedzią impulsową, skalowane okna czasowe, okna czasowe Hanninga, Hamminga, Blackmana, Blackmana Harrisa, Kaisera Bessela, trójkątne i wykładnicze, funkcje matematyczne, których opis podany jest przy ikonie Mathematics). Instrument I/O zestaw funkcji do obsługi urządzeń komunikujących się poprzez interfejsy GPIB, VXI oraz porty szeregowe. Motion & Vision elementy do obróbki obrazu. Mathematics bardzo obszerny blok funkcji matematycznych (formuły, okna skryptów Matlaba i pakietu HiQ, funkcje 1D i 2D, całkowanie, pochodne cząstkowe, wyznaczanie zer i ekstremów, wyznaczanie długości krzywej, wartość średnia, odchylenie standardowe i wariancja, mediana, histogram, rozkłady statystyczne, aproksymacja, interpolacja, algebra liniowa, operacje na macierzach, aproksymacja Czebyszewa, szukanie minimów funkcji, szukanie zer funkcji, funkcje Bessela, funkcje beta i gamma, Jakobian, funkcje eliptyczne i prostokątne). Communication funkcje zapewniające komunikację komputera (ActiveX, DataSocket, TCP, UDP, HiQ). Application Control grupa elementów pomocniczych przeznaczonych do sterowania działaniem programu. Graphics & Sound elementy do tworzenia wykresów, obróbki grafiki i dźwięku. Tutorial zawiera przykłady przyrządów wirtualnych. Report Generation funkcje do generacji raportów. Advanced zaawansowane funkcje do operacji na rejestrze systemu Windows, obróbki danych i synchronizacji. Select a VI... umożliwia wstawienie do programu przyrządów wirtualnych zapisanych w plikach. User Libraries biblioteka elementów użytkownika. 7
Paleta Tools Wymusza przejścia wskazanego obiektu do trybu pracy rzeczywistej, umożliwiając zmianę jego nastawy. Wybór elementów umieszczonych w oknach edycyjnych oraz zmiana ich położenia i rozmiarów. Narzędzie do wstawiania etykiet tekstowych i edycji tekstu. Narzędzie do wykonywania połączeń pomiędzy elementami w oknie Diagramu. Wywołanie palety Controls lub palety Functions w zależności od aktywnego panelu edycyjnego. Przewijanie zawartości okien edycyjnych. Ustawianie i usuwanie punktów przerwania wykonywania programu. Narzędzie do wstawiania sond pomiarowych pokazujących wartości sygnałów we wskazanych punktach schematu. Narzędzie do pobierania koloru z obiektów. Narzędzie do zmiany kolorów elementów umieszczonych w oknach edycyjnych a także kolorów tych okien. W celu pobrania konkretnego elementu z palety Controls lub Functions należy kliknąć na jego ikonę, a następnie w miejsce gdzie ma być on wstawiony w oknie Panelu lub Diagramu. Elementy wstawione do okna Panelu można przeformatować według potrzeb użytkownika korzystając z narzędzi palety Tools (zmiana rozmiarów i kolorów). Dla wszystkich elementów umieszczonych w oknie Panelu, które posiadają podziałkę liczbową, istnieje możliwość zmiany zakresu tej podziałki poprzez ręczne wpisanie wartości nowego zakresu (narzędzie oznaczone ikoną ręki lub litery A z palety Tools). Każdy element umieszczony w oknie edycyjnym Panelu lub Diagramu posiada swoje menu konfiguracyjne, przy czym może się ono znacznie różnić dla różnych obiektów. Menu można wywołać klikając prawym klawiszem myszy na obiekcie. Na rys.1.8 pokazane jest przykładowe menu obiektu z najczęściej spotykanymi opcjami, których znaczenie jest następujące: Visible Items ukrycie lub wyświetlenie elementów graficznych związanych z obiektem (np.: etykiety, tytuł obiektu itp.). Find Terminal wyszukanie w oknie Diagramu zacisku obiektu osadzonego w oknie Panelu. Change to Control/Indicator zmiana funkcji elementu z kontrolnej na wskaźnikową i odwrotnie. Description and Tip... umożliwia utworzenie opisu elementu w okienku tekstowym. Create w zależności od rodzaju elementu tworzy w oknie Diagramu dodatkowe zaciski dla obiektu (np.: zacisk zmiennej lokalnej, przez którą można wprowadzać dane do obiektu, zacisk do odczytu lub zmiany właściwości obiektu Property Node, zaciski wartości stałej Constant i elementu regulacyjnego Control, przyłączone bezpośrednio do wejść obiektu, Rys. 8 Menu obiektu zacisk wskaźnika odczytującego sygnał wyjściowy z obiektu Indicator). 8
Replace podmienienie obiektu na inny wybrany z palety Controls lub Functions. Data Operations zawiera kilka opcji umożliwiających między innymi zapisanie aktualnych ustawień obiektu jako początkowe, powrót do ustawień standardowych, ustanowienie połączenia z inną aplikacją VI poprzez narzędzie DataSocket, kopiowanie ustawień z jednego obiektu do innych. Advanced opcje zaawansowane, np.: ukrycie obiektu, przypisanie klawisza do obiektu, który będzie nim sterował. Representation ustalenie reprezentacji liczby. Data Range zmiana zakresu danych. Format & Precision ustalenie formatu liczby i ilości cyfr wyświetlanych po przecinku. Add Needle dodanie kolejnej wskazówki do modeli wskaźników analogowych i pokręteł potencjometrów. Scale ustalenie parametrów skali obiektu (format i styl wyświetlania liczb, skala liniowa lub logarytmiczna). Text Labels zamiana opisu podziałki skali z liczbowej na tekstową i odwrotnie. Przy budowie aplikacji bardzo pomocne jest okno pomocy - Context Help, rys. 9. Okno można wywołać poleceniem Show Context Help z opcji Help. W oknie wyświetlany jest opis i zasada działania elementu, który został wskazany kursorem myszy w palecie Functions lub w oknie Diagramu. Dla przykładu na rys. 9. pokazany jest opis układu porównującego. Jeżeli opis elementu jest niewystarczający, to klikając na odsyłacz Click here for more help można wywołać okno pomocy LabVIEW Help zawierające obszerny podręcznik LabVIEW. Podręcznik wyświetli się również po wybraniu polecenia Contents and Index z opcji Help obu okienek edycyjnych. Rys. 9. Okno pomocy 3. Tworzenie aplikacji w LabVIEW Sposób budowy aplikacji w LabVIEW zostanie omówiony na przykładzie programu symulującego układ pomiarowy składający się z generatora sygnałowego, wykresu prezentującego przebiegi oraz układów obliczających wartości: maksymalną, minimalna i skuteczną sygnału. Na początku należy pobrać elementy z palety Controls i wstawić je w okno Panelu. Będą to dwa elementy Digital Control z grupy Numeric, Knob z tej samej grupy i Waveform Chart z grupy Graph. Każdy z tych elementów po wstawieniu otrzymuje swoją etykietę tekstową z nazwą, którą można dowolnie zmieniać (narządzie z literą A z palety Tools). Zmian najlepiej dokonywać uwzględniając przeznaczenie elementów. W tym przypadku elementy Digital Controls będą wykorzystywane do zadawania ilości próbek sygnału z generatora oraz częstotliwości tego sygnału, Knob do zmiany amplitudy a Waveform Chart do prezentacji przebiegów. Można, więc przypisać im następujące nazwy: Ilość próbek, Częstotliwość, Amplituda, Wykres. Okno Panelu po wstawieniu elementów i zmianie ich nazw powinno wyglądać jak na rys. 10. 9
Rys. 10. Okno Panelu układu do generacji i wizualizacji sygnału Rys. 11. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału Wstawienie elementu w oknie Panelu powoduje jednoczesne umieszczenie jego zacisków w oknie Diagramu. W tym przykładzie okno Diagramu powinno wyglądać jak na rys. 11. Zaciski elementów umieszczonych w oknie Panelu mają kształt kolorowych prostokątów (rys.1.11). Kolor zacisku i nazwa wewnątrz prostokąta informują użytkownika o typie danych, które można pobrać lub wysłać przez określony zacisk (np. kolor pomarańczowy i nazwa DBL dotyczą zmiennych numerycznych zmiennoprzecinkowych typu BOUBLE). Szczegółowy wykaz typów danych można znaleźć w pomocy programu. Należy pamiętać o zachowaniu zgodności typów danych przy łączeniu zacisków elementów osadzonych w oknie Diagramu. W większości przypadków zgodność taka jest zachowana, gdy kolory zacisków i linii łączącej zaciski elementów są takie same. Program automatycznie sygnalizuje wszystkie błędy w połączeniach przedstawiając linię pomiędzy zaciskami jako przerywaną. Należy wtedy bardziej wnikliwie zanalizować typy danych uwzględniając zgodność nazw typów zacisków z kształtami linii odpowiadającymi poszczególnym typom danych. Po zaprojektowaniu interfejsu użytkownika można przystąpić do budowy schematu układu. Z palety Functions pobieramy i wstawiamy w oknie Diagramu modele: generatora sygnałowego (Analyze Signal Processing Signal Generation Signal Generator by Duration), układu wyszukującego wartości maksymalną i minimalna z tabeli (Array Array Max & Min), układu mierzącego wartość skuteczną sygnału (Analyze Wavefrom Measurements Basic Averaged DC-RMS). 10
Rys. 12. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu elementów z palety Functions Po wstawieniu elementów okno Diagramu powinno wyglądać jak na rys. 12. Elementy w oknie Diagramu należy połączyć korzystając z narzędzia w postaci szpulki z palety Tools. Wskazanie szpulką elementu powoduje wyświetlenie wszystkich jego zacisków w postaci krótkich linii. Po wskazaniu tym samym narzędziem konkretnego zacisku pojawia się etykieta informująca o jego funkcji w elemencie. Na przykład, gdy jest to zacisk wejściowy, do którego należy doprowadzić liczbę określającą wartość amplitudy sygnału generatora, to na etykiecie pojawi się napis amplitude. Aby wykonać połączenie pomiędzy zaciskami dwóch elementów należy wybrać szpulką zacisk jednego elementu i kliknąć na nim lewym klawiszem myszy a następnie skierować szpulkę na zacisk drugiego elementu i ponownie kliknąć lewym klawiszem myszy. Kolejność wykonywania połączeń nie jest istotna. Tworzenie odgałęzień połączeń wykonuje się poprzez kliknięcie szpulką na linii istniejącego połączenia a następnie na zacisku elementu, do którego ma być doprowadzona nowa linia. Istniejące połączenie można zaznaczyć klikając na jego linii. Przy czym pojedyncze kliknięcie zaznacza tylko pojedynczy prosty fragment linii, podwójne kliknięcie zaznacza całe połączenie między dwoma zaciskami, a potrójne kliknięcie zaznacza całe połączenie wraz z odgałęzieniami. Wykasowania zaznaczonych połączeń dokonuje się klawiszem Delete lub korzystając z opcji Edit Remove Bad Wires. Wszystkie błędne połączenia można natomiast wykasować komendą Edit Remove Broken Wires. Po wykonaniu połączeń okno Diagramu powinno wyglądać jak na rys. 13. Rys. 13. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wykonaniu połączeń elementów Zastosowany generator sygnałowy (Signal Generator by Duration) wymaga określenia czterech parametrów sygnału: ilości próbek wyjściowych sygnału przypadających na sekundę (# of samples) (częstotliwość próbkowania), amplitudy, częstotliwości i typu sygnału. Pierwsze trzy parametry można już zmieniać dzięki elementom umieszczonym w oknie Panelu. Do zmiany typu sygnału również konieczny jest element sterujący, jednakże w celu zaprezentowania innej metody umieszczania prostych elementów sterujących, kontrolnych i wskaźnikowych w oknie Panelu, zostanie on wstawiony bezpośrednio z okna Diagramu. W tym celu należy wskazać szpulką zacisk waveform type generatora i kliknąć prawym klawiszem myszki. Spowoduje to otwarcie menu zacisku, z którego należy wybrać opcję Create Control. Po zatwierdzeniu polecenia w oknie Panelu pojawi się element sterujący umożliwiający zmianę typu 11
generowanego sygnału (rys. 14) a w oknie Diagramu jego zacisk przyłączony do zacisku generatora (rys. 15). Rys. 14. Okno Panelu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu elementu sterującego wyborem typu sygnału (waveform type) Rys. 15. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu elementu sterującego wyborem typu sygnału (waveform type) Jak można zauważyć na rys. 15, układ wyszukujący wartości maksymalną i minimalna z tabeli (Array Max & Min) oraz układ mierzący wartość skuteczną sygnału (Basic Averaged DC-RMS) nie mają przyłączonych żadnych elementów wskaźnikowych, które mogłyby wyświetlać na Panelu obliczone wartości. Elementy takie można wstawić korzystając z menu zacisków. Należy w tym celu wskazać szpulką zacisku max value układu obliczającego wartości maksymalną i minimalną a następnie wybrać z menu zacisku opcję Create Indicator. Podobnie dla zacisku min value tego układu i zacisku RMS value układu wyznaczającego wartość skuteczną sygnału. Wstawione elementy są pokazane na rys. 16 i 17. Zasada pracy generatora polega na wygenerowaniu tablicy wartości sygnału w dyskretnych chwilach czasowych wyznaczonych na podstawie częstotliwości próbkowania. Rozmiar tablicy jest równy ilości próbek zdefiniowanej w oknie Panelu. Każde uruchomienie aplikacji powoduje jednorazowe wygenerowanie tablicy, powstaje, więc problem zapewnienia ciągłości generacji. Rozwiązaniem jest tutaj zastosowanie pętli While. Po wybraniu pętli z Palety Functions (Structures While Loop) należy objąć jej ramką cały schemat Diagramu, tak jak jest to pokazane na rys. 16. Zacisk w kształcie zaokrąglonej strzałki 12
umożliwia sterowanie pętlą. Z menu tego zacisku należy wybrać opcje Continue If True oraz Create Control. Spowoduje to ustawienie ciągłego wykonywania pętli do momentu, aż sygnał doprowadzony do zacisku z przełącznika Stop (rys. 17), będzie miał wartość jedynki logicznej. Rys. 16. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu wyświetlaczy cyfrowych max value, min value, RMS value, oraz pętli While Rys. 17. Okno Panelu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu wyświetlaczy cyfrowych max value, min value, RMS value i przełącznika Stop Widok elementów wstawionych w okno Panelu można jeszcze zmienić według preferencji użytkownika, np. zmieniając ich nazwy, czy kolorystykę. Bardzo przydatne okazuje się przypisanie elementom sterującym na stałe konkretnych wartości parametrów generatora (opcja Data Operations Make Current Value Default z menu elementu). Eliminuje to konieczność ponownego zadawania wszystkich parametrów po otwarciu aplikacji. Program można uruchomić pojedynczą strzałką z paska Panelu lub Diagramu. 13
4. Wykonanie ćwiczenia 1. W programie LabVIEW wykonać program symulujący układ pomiarowy opisany w punkcie 1.3. 2. Wykonać przyrząd wirtualny do pomiaru napięcia przemiennego. Przyrząd powinien obliczać i wyświetlać następujące parametry mierzonego sygnału (w nawiasach wypisane są nazwy elementów umożliwiających obliczenie danego parametru, zawarte w palecie Functions) : wartość maksymalną i minimalną U max, U min (Array Array Max & Min), wartość skuteczną U RMS (Analyze Waveform Measurements Basic Averaged DC-RMS), wartość średnią z modułu U av (Numeric Absolute Value, Mathematics Probability and Statistics Mean), współczynnik kształtu k, U RMS k U (1.1) współczynnik szczytu s, U U av max s (1.2) częstotliwość pierwszej harmonicznej, jej amplitudę i fazę (Analyze Waveform Measurements Extract Single Tone Information), widmo amplitudowe zawierające składową stałą, pierwszą harmoniczną i wyższe harmoniczne (Analyze Waveform Measurements Harmonic Distortion Analyzer), współczynnik zniekształceń harmonicznych THD obliczany przez analizator harmonicznych (Harmonic Distortion Analyzer) jako stosunek pierwiastka z sumy kwadratów wartości skutecznych wyższych harmonicznych sygnału do wartości skutecznej pierwszej harmonicznej, RMS n2 U 2 RMSn THD (1.3) U widmo amplitudowe sygnału wyznaczone na podstawie FFT, zawierające wszystkie składowe sygnału (Analyze Waveform Measurements FFT Spectrum (Mag-Phase)). Przyrząd powinien być tak zaprojektowany, aby pomiar wszystkich parametrów odbywał się jednocześnie i był wykonywany dla każdej iteracji pętli while. Obliczone wartości i współczynniki powinny być prezentowane na wyświetlaczach cyfrowych, a widma amplitudowe na wykresach. Sprawdzenia poprawności działania przyrządu należy dokonać korzystając z sygnału pochodzącego z jednego z dwóch wirtualnych układów generatorów: 1. generatora sygnałowego (Analyze Signal Processing Signal Generation Signal Generator by Duration), 2. układu trzech połączonych równolegle generatorów sinusoidalnych (Analyze Signal Processing Signal Generation Sine Wave). RMS1 5. Literatura 1. Świsulski Dariusz, Komputerowa technika pomiarowa. Oprogramowanie wirtualnych przyrządów pomiarowych w LabView, Agenda Wydawnicza PAK-u, Warszawa 2005 2. LabView Measurement Manual, National Instruments 3. Graczyk A., Gołębiowski J., Prohuń T.: Laboratorium komputerowych systemów pomiarowych, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2004. 14