Pierwsze kroki z LabVIEW Virtual Instruments Przybliżony czas ćwiczenia Poniższe ćwiczenie ukończysz w czasie 30 minut. Wstęp Programy wykonane w LabVIEW są nazywane wirtualnymi przyrządami (virtual instruments, VI), ponieważ ich wygląd i funkcjonalność naśladuje rzeczywiste przyrządy, jak oscyloskopy czy multimetry. LabVIEW jest wyposażony w zestaw narzędzi gromadzących, analizujących, obrazujących oraz archiwizujących dane. W LabVIEW możesz stworzyć własny interfejs, np. przedni panel sterujący, wyposażony w kontrolery i wskaźniki. Kontrolerami mogą być pokrętła, przyciski, pola numeryczne oraz inne mechanizmy umożliwiające wprowadzanie danych wejściowych. Wskaźnikami mogą być wykresy, diody LED oraz inne urządzenia obrazujące sygnał wyjściowy. Po zbudowaniu interfejsu należy odpowiednio go zaprogramować, używając kodu i struktur tak, aby spełniał swoje zadanie. Programowanie odbywa się poprzez tworzenie diagramów blokowych. LabVIEW w połączeniu z urządzeniami rejestrującymi obraz, ruch, może zostać użyty równie funkcjonalnie jak przyrządy GPIB, PXI, RS232 i RS485. Przegląd ćwiczenia W poniższym ćwiczeniu, stworzysz wirtualne narzędzie (VI) generujące sygnał oraz wyświetlające go na wykresie. Zbudujesz interfejs i dostosujesz go tak, aby pozwalał łatwo zmieniać amplitudę sygnału. 1
Gotowe ćwiczenie 2
Krok po kroku 1. Uruchamianie LabVIEW Okno Getting Started pojawia się zaraz po uruchomieniu programu LabVIEW. Możesz to zrobić wykonując jedno z poniższych: a. Dwukrotnie kliknij w ikonę LabVIEW znajdującą się na pulpicie b. Kliknij Menu Start oraz wybierz Programy National Instruments LabView 2009 LabVIEW Okno Getting Started używane jest aby stworzyć nowy VI, otworzyć projekty nad którymi pracowaliśmy ostatnio. Znajdziesz tu również przykłady oraz pomoc. Wiele przydatnych informacji, przykładów, źródeł, dzięki którym rozwiniesz wiedzę o LabVIEW, znajdziesz na stronie internetowej National Instruments ni.com. Okno Getting Started znika, kiedy otworzysz projekt VI i pojawia się ponownie, kiedy zamkniesz wszystkie otwarte projekty. Możesz również otworzyć to okno samodzielnie w otwartym projekcie klikając View Getting Started Window. 3
2. Tworzenie nowego projektu VI korzystając z szablonu LabVIEW posiada wbudowane szablony VI, zawierające funkcje, struktury, przykładowe obiekty panelu sterującego, które możesz użyć budując własne aplikacje do pomiarów. Wykonaj poniższe kroki w celu stworzenia VI generującego sygnał i wyświetlającego go na wykresie: a. W oknie Getting Started kliknij More Otworzy się nowe okno. b. Z listy Create New rozwiń i wybierz: VI From Template Tutorial (Getting Started) Generate and Display. 4
c. Podgląd oraz krótki opis szablonu zostanie wyświetlony z prawej strony. Na obrazku możesz zobaczyć wygląd zawartość podglądu szablonu Generate and Display. d. Kliknij przycisk OK, aby otworzyć nowy szablon. e. LabVIEW wyświetli dwa okna: Panel przedni (Front Panel szare tło) oraz okno diagramu blokowego (Block Diagram białe tło). Przeglądnij dostępne opcje panelu przedniego. Front Panel wyświetla kontrolery i wskaźniki. Pasek tytułowy informuje nas, że aktualne okno pokazuje panel przedni dla projektu Generate and Display. Możesz w każdej chwili przełączyć się pomiędzy panelem przednim oraz oknem diagramu blokowego poprzez naciśnięcie kombinacji klawiszy <Ctrl+E>. Możesz również dokonać tego przez wybranie z menu Window Show Front Panel, lub Window Show Block Diagram. f. Wybierz Window Show Block Diagram i przeglądnij dostępne opcje okna diagramu blokowego. Diagram blokowy znajduje się na białej tablicy i pozwala kontrolować obiekty wstawione na panelu przednim. Pasek tytułowy informuje nas, że aktualne okno pokazuje diagram blokowy dla projektu Generate and Display. g. Na pasku narzędziowym w oknie panelu przedniego kliknij przucisk Run. Możesz również użyć kombinacji klawiszy <Ctrl+R>, aby uruchomić VI. Na wykresie w panelu przednim pojawiła się sinusoida. h. Użyj przycisku STOP na przednim panelu, aby zatrzymać program. 5
3. Dodawanie regulacji na panelu przednim Regulacja na panelu przednim naśladuje mechanizmy na rzeczywistych przyrządach. Pomaga w łatwy sposób zmieniać lub podawać parametry w diagramie blokowym VI. Wiele rzeczywistych przyrządów posiada pokrętła, dzięki którym można zmieniać wartość wejściową. Aby dodać regulację do panelu przedniego, postępuj według poniższych kroków: Podczas wykonywania ćwiczenia, możesz cofać zmiany poprzez wybór w menu Edit Undo, lub wykorzystując kombinację klawiszy <Ctrl+Z>. a. Jeśli panel Controls nie jest widoczny, należy go włączyć wybierając w panelu przednim View Controls Palette. b. Możesz kliknąć prawym klawiszem myszy w dowolnym miejscu szarego tła panelu przedniego, aby wyświetlić tymczasowy panel Controls. Panel po kliknięciu znika. Możesz użyć ikonki szpilki, aby przyczepić panel na stałe. 6
c. Panel Controls otwiera się automatycznie z odkrytym menu Express. Jeśli go nie widzisz, kliknij w przycisk rozwijający, znajdujący się na dole panelu. Pojawi się również więcej subkategorii. d. Po skierowaniu myszką nad ikoną w menu Express, program wyświetli pełną nazwę kategorii, do której kieruje ikona. e. Kliknij w ikonę Numeric Controls, aby przejść do tej kategorii. f. Kliknij lewym przyciskiem myszy w pokrętło Knob, aby chwycić go kursorem. g. Umieść pokrętło na panelu przednim, z lewej strony wykresu. Użyjesz go później do zmiany amplitudy sygnału. h. Wybierz File Save As i zapisz VI na pulpicie pod nazwą Acquiring a Signal.vi 7
4. Zmiana typu sygnału W diagramie blokowym widoczna jest niebieska ikona zatytułowana Simulate Signal. Ten bloczek generuje domyślnie sygnał sinusoidalny. Aby zmienić sygnał na piłokształtny, wykonaj następujące kroki: a. Przejdź do okna diagramu blokowego klikając na nie. b. Bloczek Simulate Signal symuluje sygnał w oparciu o naszą konfigurację. c. Kliknij dwukrotnie na bloczek Simulate Signal, aby wyświetlić okno konfiguracji, w którym możesz dokonać zmian symulowanego sygnału. Możesz również dokonać tego klikając prawym przyciskiem myszy na bloczek i wybierając Properties. d. Wybierz Sawtooth z listy Signal type. Zauważ, że sygnał w oknie Result Preview zmienił się z sinusoidalnego, na piłokształtny. e. Kliknij przycisk OK, aby zachować nową konfigurację i zamknąć okno. f. Przesuń kursor nad strzałkami skierowanymi w dół na bloczku Simulate Signal. Kidy kursor myszy zmieni się w podwójną strzałkę, kliknij i przeciągnij w dół, aby wyświetlić ukryte wejścia i wyjścia z bloczku. g. Kiedy zwolnisz przycisk myszy, pojawi się wejście oznaczone Amplitude. Dzięki niemu, będziesz mógł teraz zaprogramować amplitudę sygnału piłokształtnego. Wartość Amplitude możesz również edytować w oknie konfiguracji po dwukrotnym kliknięciu bloczku Simulate Signal. Możesz tam również edytować inne wartości wejściowe. 8
5. Łączenie obiektów na diagramie blokowym Aby móc używać utworzonego pokrętła do zmieniania amplitudy, musisz połączyć dwa obiekty w diagramie. Wykonaj poniższe kroki, aby połączyć pokrętło z blokiem Simulate Signal. a. W oknie diagramu blokowego przesuń kursor nad bloczek odpowiadający za pokrętło b. Kiedy klikniesz i przytrzymasz przycisk myszy, poruszając nią możesz przesunąć bloczek w inne miejsce. c. Jeśli to potrzebne, zmień jego pozycję tak, aby bloczek Knob znajdował się z lewej strony bloczku Simulate Signal. d. Odznacz bloczek poprzez naciśnięcie pustego miejsca w oknie diagramu blokowego. e. Przesuń kursor nad prawy brzeg bloczku pokrętła. f. Kursor zmieni wygląd na szpulę z nawiniętym przewodem (Wiring tool). Służy ona do łączenia obiektów w diagramie. g. Kiedy kursor zmieni wygląd, kliknij lewym przyciskiem myszy, a następnie kliknij przy strzałce oznaczonej Amplitude na bloku Simulate Signal. Spowoduje to połączenie elementów. h. Pojawiło się połączenie pomiędzy obiektami od tej chwili wartości zadane na pokrętle mogą płynąć przewodem do generatora, zmieniając amplitudę sygnału. i. Wybierz File Save aby zapisać zmiany do pliku. 9
6. Uruchamianie VI Jak do tej pory zostało dodane pokrętło, pozwalające zmieniać amplitudę sygnału piłokształtnego. Uruchomienie VI pozwoli wykonać pętlę zawartą w diagramie blokowym, który stworzyłeś. Wykonaj poniższe kroki, aby uruchomić swój pierwszy przyrząd VI. a. Przejdź w tryb panelu przedniego, wciskając <Ctrl+E>, lub klikając w okno Front Panel. b. Kliknij przycisk Run, lub skorzystaj ze skrótu <Ctrl+R> c. Najedź kursorem na pokrętło d. Kursor zmieni wygląd na dłoń e. Wciśnij i przytrzymaj lewy klawisz myszy. Poruszając myszą możesz zmieniać położenie pokrętła, regulując amplitudę. Amplituda sygnału piłokształtnego zmienia się wraz ze zmianą położenia pokrętła. Oś Y na wykresie automatycznie dopasowuje rozdzielczość, jeśli wybrana jest opcja autoskali. f. Aby rozpoznać, że VI jest atkualnie uruchomiony, przycisk Run zmienia wygląd z jasnej strzałki na ciemną. Możesz zmieniać wartości na przykład przy pomocy pokręteł, lecz nie możesz ingerować w mechanizm VI oraz wygląd panelu przedniego. g. Kliknij przycisk STOP, aby przerwać działanie VI. Przycisk STOP zatrzymuje VI zaraz po zakończeniu bieżącej iteracji. Przycisk Abort Execution na pasku narzędzi, zatrzymuje działanie VI w trybie natychmiastowym, pomijając zadania mające wykonać się w bieżącej iteracji. Takie zatrzymanie przyrządu VI przy korzystaniu z urządzeń zewnętrznych, jak karty pomiarowe, może pozostawić je w niewiadomym i często niepożądanym stanie. Wykorzystanie przycisku STOP eliminuje ten problem. 10
7. Modyfikowanie sygnału Wykonaj poniższe kroki, by dodać skalowanie symulowanego sygnału: a. Kliknij lewym przyciskiem myszy na połączenie pomiędzy bloczkami Simulate Signal i Waveform Graph, aby zaznaczyć przewód. b. Wciśnij <delete>, aby usunąć połączenie. c. Jeśli panel Functions nie jest aktywny, możesz włączyć go wybierając View Functions Palette, lub po prostu kliknij prawym przyciskiem myszy w oknie diagramu blokowego. Panel Functions otwiera się automatycznie z odkrytym menu Express. Jeśli go nie widzisz, kliknij w przycisk rozwijający, znajdujący się na dole panelu. Pojawi się również więcej subkategorii. d. Kliknij ikonę Arithmetic & Comparison, aby przejść do tej kategorii. Wybierz Scale & Map i umieść ten bloczek pomiędzy Simulate Signal i Waveform Graph. Jeśli bloczek się nie mieści przeciągnij w inne miejsce bloczek Waveform Graph. 11
e. Po dodaniu bloczku Scaling and Mapping pojawi się okno, w którym możesz dostosować jego działanie. Zmień wartość współczynnika skalowania na 10, edytując pole Slope(m). f. Aby zapisać zmiany i wrócić do diagramu blokowego, wciśnij przycisk OK. g. Aby połączyć bloczki, kliknij w wyjście sygnału piłokształtnego na bloczku Simulate Signal (strzałka z prawej strony wyjścia Sawtooth) a następnie wejście sygnału SIgnals na bloczku Scaling and Mapping. h. Kliknij wyjście ze Scaling and Mapping (Scaled Signals) i połącz go z wejściem Waveform Graph. i. Możesz zauważyć, że strzałki na bloczkach wskazują kierunek przepływu sygnału. 12
8. Dwa sygnały na jednym wykresie Aby porównać sygnał wygenerowany przez Simulate Signal z sygnałem zmodyfikowanym przez Scaling and Maping, musisz umieścić je na tym samym wykresie. Aby tego dokonać, musisz połączyć sygnały. Wykonaj poniższe kroki, aby wyświetlić dwa sygnały na jednym wykresie: a. Na istniejącym diagramie blokowym kliknij wyjście sygnału Sawtooth i wejście Waveform Graph. b. Sygnały automatycznie połączą się poprzez bloczek Merge Signals. Funkcja Merge Signals łaczy dwa sygnały, pozwalając wyświetlić je na jednym wykresie. Upewnij się, że tworząc połączenie klikasz w wyjście z Sawtooth i w Waveform Graph. W przeciwnym wypadku program może domyślnie stworzyć węzeł sprzężenia zwrotnego. c. Wciśnij <Ctrl+S>, lub wybierz File Save, aby zapisać zmiany. d. Uruchom VI będąc w oknie panelu przedniego. Sprawdź co się dzieje gdy poruszasz pokrętłem. e. Wciśnij przycisk STOP, aby zatrzymać VI. 13
9. Zmiana wyglądu pokrętła Pokrętło służy do zmiany amplitudy. Aby przyrząd VI stał się bardziej czytelny, powinno nazywać się elementy zgodnie z ich przeznaczeniem. Wykonaj poniższe kroki, aby zmienić wygląd pokrętła: a. Kliknij prawym przyciskiem myszy na pokrętło i wybierz Properties. b. W polu Label usuń słowo Knob i wpisz słowo Amplituda. c. Przejdź do zakładki Scale. Zaznacz pole Show color ramp. d. Kliknij przycisk OK, aby zapisać zmiany w konfiguracji pokrętła. Wygląd pokrętła powinien się zmienić. e. Zapisz VI, korzystając ze skrótu <Ctrl+S>. f. Wejdź ponownie w Knob Properties i spróbuj zmienić inne właściwości pokrętła, na przykład w zakładce Scale, zmień Marker Text Color, odpowiedzialne za kolor cyfr na skali pokrętła. Klikając przycisk Cancel, możemy w każdej chwili anulować zmiany i pozostać przy bieżących ustawieniach. Jeśli chcesz zapisać zmiany, kliknij przycisk OK. 14
10. Zmiana wyglądu wykresu. Na wykresie widoczne są charakterystyki dwóch sygnałów. Aby rozróżnić, który z nich jest wygenerowanym sygnałem, a który przeskalowanym, możesz dostosować wykres do własnych potrzeb. Aby tego dokonać, wykonaj poniższe kroki: a. Pomimo dwóch sygnałów, legenda pokazuje tylko opis jednej charakterystyki. b. Kiedy klikniesz na legendę i najedziesz na jeden z górnych prostokątów, a kursor zmieni się w podwójną strzałkę, kliknij i przeciągnij w górę. Gdy puścisz przycisk myszy, pojawi się opis drugiej charakterystyki. c. Kliknij prawym przyciskiem myszy na wykres i wybierz Properties. d. W zakładce Plots, wybierz z menu Sawtooth. e. Niżej, z prawej strony, w sekcji Colors, możesz zmienić kolor charakterystyki. Wybierz nowy kolor, klikając w pole przy Line. f. Kliknij przycisk OK, aby zapisać zmiany. g. Otwórz ponownie okno Waveform Graph Properties. Spróbuj zmienić inne właściwości wyświetlania wykresu. Na przykład w zakładce Scales wyłącz automatyczne skalowanie i określ minimum i maksimum. h. Zapisz projekt wciskając <Ctrl+S> i uruchom VI <Ctrl+R>. 15