Sessão Prática: Aquisição e Análise de Dados Avançada com Sistema Modular

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1 Sessão Prática: Aquisição e Análise de Dados Avançada com Sistema Modular

2 CRIANDO UM EQUALIZADOR DE ÁUDIO ni.com/daq Página 2

3 Uma breve introdução ao ambiente LabVIEW Antes de começar, é importante que você esteja familiarizado com o ambiente LabVIEW. O LabVIEW é uma linguagem gráfica de programação G usada por milhares de engenheiros e cientistas ao redor do mundo para desenvolver aplicações pequenas, médias, e em nível de sistemas. A Interface Gráfica de Usuário (GUI) do programa é denomidado Painel Frontal e é uma tela cinza no ambiente LabVIEW. Você pode inserir knobs, switches, gráficos, charts, LEDs, e muitos outros itens comuns que permitem ao usuário/operador controlar o programa. A programação ou interface de código é denomidada Diagrama de Blocos e é a tela branca. Assim como um programador, você pode inserir inúmeras funções e sub-rotinas para definir a funcionalidade de seu programa. O LabVIEW possui milhares de funções pré-definidas que permitem que você economize tempo através do reuso de funções populares e rapidamente acessar dispositivos de hardware. Para aprender mais sobre o LabVIEW, você tem diversas opções. A forma mais rápida para se familiarizar com o LabVIEW é através de um portal on-line e gratuito criado para o aprendizado em LabVIEW, que é chamado LabVIEW 101. Para mais informações, veja as opções de treinamento adicional no final deste documento. ni.com/daq Página 3

4 Antes de começar: Preparando seu dispositivo DAQ usando o MAX Use o MAX (Measurement & Automation Explorer) para examinar e configurar seu dispositivo DAQ, para que você execute os passos desta apostila de forma adequada. Primeiramente abra o MAX clicando em Iniciar» All Programs» National Instruments» Measurement & Automation Explorer, no MAX em My System expanda a opção Devices and Interfaces, onde você encontrará o dispositivo NI cdaq-9174 cdaq1 (é possível testar a comunicação dele com o PC clicando em Self-Test e também visualizar os módulos presentes no chassi). Clique com o botão direito ou pressione <F2>, sobre o NI cdaq-9174 cdaq1, no primeiro módulo e selecione Rename. Conforme figura abaixo. Renomeie este módulo para Execute o mesmo procedimento para o outro módulo renomeando-o para Isso ajudará a identificar mais facilmente cada um dos módulos série C dentro do ambiente do LabVIEW. ni.com/daq Página 4

5 Exercício 1: Adquirir um Sinal de Audio Nota: Este exercício assume que você já possui instalado todo o software necessário e todo o hardware configurado como descrito na apresentação. Objetivo a) O primeiro objetivo é adquirir continuamente arrays de pontos de dados da fonte de audio conectada ao módulo NI 9215 (ou módulo de entrada analógica similar) b) O segundo objetivo é adicionar um dataloging para a tarefa do DAQmx Parte A 1. Abra o LabVIEW navegando por Iniciar» All Programs» National Instruments» LabVIEW 2013» LabVIEW. 2. Crie um novo Projeto no LabVIEW navegando por File» Create Project e selecione Blank Project e clique em Finish para criar um arquivo de projeto para manter todos os arquivos e referências para a aplicação. 3. Navegue para o desktop de seu computador e crie uma nova pasta e a nomeie como My DAQ Project. 4. Retorne para o LabVIEW. Dentro da janela do projeto do LabVIEW, navegue para File» Save Project e escolha salvar dentro da pasta recentemente criada em seu Desktop e nomeie seu projeto como cdaq Hands On. 5. Dentro da janela do projeto no LabVIEW, clique com botão direito em My Computer e selecione New» VI para criar um novo Instrumento Virtual (VI Virtual instrument) no LabVIEW para adquirir dados. ni.com/daq Página 5

6 6. Dentro da janela do projeto, clique com o botão direito no novo VI criado, Untitled 1.vi, selecione Save, nomeie o VI como Exercise 1a e salve dentro da mesma pasta criada em seu desktop. 7. Navegue para o Diagrama de Blocos (tela branca) do Exercise 1a.vi. Se você estiver no Painel Frontal (tela cinza), pressione <Ctrl+E> para alternar entre o Diagrama de Blocos e o Painel Frontal. Painel Frontal Diagrama de Blocos Paleta de Funções 8. Clique com o botão direito em um espaço vazio para exibir a Paleta de Funções e navegue para Measurement I/O» NI-DAQmx. Esta é a Paleta de Funções DAQmx. ni.com/daq Página 6

7 a. Agora selecione a primeira função, DAQmx Create Virtual Channel. Clique com o botão esquerdo do mouse na função, e arrate para a área branca do Diagrama de Blocos para inseríla. Esta função serve para abrir uma referência e reservar o dispositivo DAQ. b. Uma vez inserida, clique com o botão esquerdo na caixa branca de seleção polimórfica e navegue para Analog Input» Voltage. Apesar de desejarmos adquirir sinais de áudio, iremos usar sinais de tensão, porque é o que o há como saída em áudio. c. Abra o Context Help pressionando <Ctrl+H> e então passe com o ponteiro do mouse sobre o DAQmx Create Channel para ver todas as entradas e saídas do VI. d. Passe com o mouse sobre o canto superior esquerdo do DAQmx Create Channel e perceba que o cursor muda automaticamente para um carretel e o tip-strip é exibido para o terminal sobre o qual seu mouse está localizado. e. Clique com o botão direito no terminal Physical Channels e selecione Create» Constant. Esta constante será visível somente no Diagrama de Blocos, e não possui um controle ou indicador correspondente no Painel Frontal. f. Clique com o botão esquerdo na seta da constant Physical Channels e encontre o canal de interesse, 9215/ai0. g. Clique com o botão direito no terminal Input terminal configuration e crie uma constante. Selecione Differential. Isto significa que o ADC irá tomar a diferença entre os pinos ai0+ e ai0- no dispositivo DAQ, que é a forma mais precisa de medir um sensor. Sempre use esta configuração se disponível para o dispositivo de medição. O resultado no Diagrama de Blocos deve se parecer com o seguinte. ni.com/daq Página 7

8 9. Clique com o botão direito no VI Create Channel e navegue para DAQmx Data Acquisition Palette» DAQmx Timing. Este é um atalho para inserir rapidamente outra função da mesma paleta, NI-DAQmx. a. Insira o VI DAQmx Timing à direita do VI Create Channel. b. Para alinhar quaisquer funções no Diagrama de Blocos, selecione-as pressionando Shift e clicando nelas com o botão esquerdo. Então clique no botão Align Objects e selecione Align Top Edges. c. Agora conecte com fios os terminais Task Out e Error Out do VI Create Channel para os terminais Task In e Error In do VI Timing, respectivamente. d. Pressione o botão Clean Up Diagram ou simplesmente pressione <Ctrl+U> para ter seu Diagrama de Blocos automaticamente arranjado pelo LabVIEW. e. Crie uma constante para o terminal de entrada Sample mode e selecione Continuous, o que significa que você irá adquirir dados continuamente até que a tarefa esteja limpa. f. Crie uma constante para o terminal de entrada Rate e entre com o valor 40k. O LabVIEW é capaz de interpretar abreviações de métrica para unidades tais como k para kilo, e m mili. g. Crie uma constante para a entrada Source e selecione o OnboardClock. Isto significa que a tarefa irá usar o mecanismo de temporização interno da Entrada Analógica no módulo 9215 para adquirir dados à taxa de amostras por segundo (40Ks/s). h. Crie uma constante para o terminal de entrada Samples per channel e configure o valor para Isto significa que você irá adquirir amostras a cada vez que a função DAQmx Read é chamada, ou um décimo de segundo de dados. Isto irá configurar o buffer para transferir os dados do dispositivo DAQ para a memória do sistema. i. Uma boa comparação é adquirir 1/10 do número de amostras como a taxa de amostragem. Isto não é obrigatório, mas você pode fazer isto programaticamente usando uma função Divide do LabVIEW. Esta função está localizada na paleta Programming» Numeric. ni.com/daq Página 8

9 10. Insira um VI NI-DAQmx Start Task ao lado direito do VI NI-DAQmx Timing e conecte os fios de erro e task de cada VI. Esta função irá iniciar a aquisição de dados do dispositivo e armazenar os dados em uma memória on-board do dispositivo. 11. Insira um VI NI-DAQmx Read ao lado direito do VI Start Task VI e conecte os terminais task e error entre cada VI. a. A instância do VI polimórfico é configurada por padrão para Analog» Single Channel» Single Sample» DBL. Já que iremos ler amostras em um único instante de tempo, precisaremos alterar para Analog» Single Channel» Multiple Samples» Waveform. b. Clique com o botão direito no terminal de saída de dados do VI DAQmx Read e crie um indicador. ni.com/daq Página 9

10 c. Localize o indicador no Painel Frontal. Este é um indicador de forma de onda, o qual é o indicador apropriado para o tipo de dado, porém seria melhor visualizar o resultado em um gráfico. d. Botão direito no indicador de forma de onda no Painel Frontal e escolha Replace» Silver» Graph» Waveform Graph. Um gráfico exibirá um dado de forma de onda, e reescreverá o gráfico (apaga os dados mais antigos e substitui por novos dados) a cada vez que este recebe novos dados de forma de onda. 12. Retorne para o Diagrama de Blocos. a. Insira um VI DAQmx Clear Task ao lado direito do VI DAQmx Read e conecte os fios de Error e Task. Isto irá disponibilizar todas as referências do hardware. b. Conecte a constante samples per channel à entrada number of samples per channel do VI DAQmx Read passando o cursor do mouse até que a ferramenta automaticamente mude para um carretel; isto irá permitir que você crie uma ramificação. 13. Insira um VI Simple Error Handler ao lado direito do VI Clear Task. Este está localizado na paleta Programming» Dialog and User Interface, mas você também pode usar o botão search da Paleta de Funções. d. Conecte o terminal Error Out ao terminal Error In do VI Simple Error Handler. e. Por você ter conectado todos os terminais de erro, os erros serão passados de um VI para o próximo, e então manipulados no final. Uma vez manipulados, a mensagem de erro será apresentada se um erro for detectado. ni.com/daq Página 10

11 14. Para adquirir de forma contínua, você irá precisar de uma estrutura de execução para repetir o código continuamente até que uma condição seja atendida; isto é um While Loop. a. No diagrama de de Blocos, abra a Paleta de Funções e navegue para Programming» Structures» While Loop. Esta irá transformar o cursor de seu mouse em um while loop. b. Clique com o botão esquerdo e arraste sobre tudo que necessita executar continuamente no VI, que é a função DAQmx Read, conforme figura abaixo. c. Perceba as caixas sólidas que são criadas nas bordas do While Loop; estes são chamados túneis e são usados para passar dados de fora para dentro do loop antes deste iniciar,e de dentro para fora do loop depois que a condição for atendida e o fluxo de dados saia do loop. d. Tente executar o VI pressionando a seta run perceba que a seta está quebrada, mas vá em frente e clique nela. O VI não irá executar, mas irá exibir uma lista de erros que necessitam ser solucionados antes que este seja capaz de executar. A tela Error list irá aparecer, e você pode clicar em Show Error e o LabVIEW irá levar você até a fonte do erro. ni.com/daq Página 11

12 15. Você precisará conectar um controle booleano (True/False) ao terminal condicional dentro do loop. Clique com o botão direito na entrada e crie um controle para inserir um botão stop no Painel Frontal. Terminal condicional 16. Para garantir que o VI DAQmx Read recebe os valores de Task e Error, e estes passem de uma iteração para a próxima, você precisará utilizar shift registers para passar os dados. a. Clique com o botão direito na saída do túnel do fio lilás da tarefa do DAQmx e selecione Replace with Shift Register. Isto irá alterar o túnel de saída para um shift register, e então permite a você selecionar o terminal de entrada apropriado. Clique com o botão esquerdo na entrada do túnel para conectar a tarefa do DAQmx. ni.com/daq Página 12

13 Shift Register b. Repita este procedimento para o túnel do fio de erro. 17. Para garantir que o VI saia do loop caso um erro seja gerado, é necessário separar o cluster de erro o qual contém o status booleano, um código numérico, e uma string. a. Selecione o While Loop no Diagrama de Blocos e o expanda verticalmente para baixo, e então mova o terminal condicional e o botão stop novamente para o canto inferior direito do loop, criando espaço para adicionar mais funções dentro do loop. b. Na Paleta de Funções, navegue para Programming» Cluster, Class, and Variant» Unbundle by Name e insira esta função no espaço vazio que você acabou de criar. c. Conecte a saída do fio Error do DAQmx Read à entrada da função Unbundle by Name. Esta função irá automaticamente designar nomes para os elementos do cluster de erro, e você pode clicar com o botão esquerdo para selecionar o elemento que você deseja separar. Selecione Status. Unbundle by Name d. Agora insira uma função Compound Arithmetic com a funcionalidade booleana do OR com múltiplas entradas. Ela está localizada sob a Paleta de Funções Programming» Boolean. Esta irá criar uma função OR de múltiplas entradas que irão reportar um booleano True se alguma das entradas for verdadeira, o que irá parar a execução do While Loop. Nota: Você pode usar a função OR basica para este exemplo, mas o compound é usado já que este irá permitir a você aumentar a aplicação mais facilmente para os próximos exercícios. e. Conecte a saída da função Compound OR dentro do terminal condicional do While loop. ni.com/daq Página 13

14 18. Salve seu VI pressionando <Ctrl+S>. 19. Navege para o Painel Frontal e pressione o botão run ou simplesmente pressione <Ctrl+R> para executar o VI. Para ver um sinal de áudio, execute uma música qualquer no Windows Media Player. a. Você deve ver um sinal de som no indicador gráfico de forma de onda similar à imagem abaixo. ni.com/daq Página 14

15 Parte B NOTA: Para uma melhor experiência, garanta que o NI LabVIEW 2013 e o DAQmx ou mais atual estejam instalados, e que você possui o Microsoft Excel com o plug-in TDM. A sessão seguinte explicará a você como fazer um data loggin usando o formato TDMS. Este formato fornece fácil organização dos dados, altas taxas de streaming para o disco e outras grandes qualidades para a estruturação do armazenamento de dados. A NI oferece um programa dedicado para abrir e manipular os dados em formato TDMS, NI DIAdem. Se você possui mais de amostras em seu log, você começa a se aproximar do limite do Excel e o DIAdem é a ferramenta certa para você. 1. Para fazer o data loggin dos dados adquiridos no exemplo anterior, apenas 1 (uma) função precisa ser adicionada na cadeia de código DAQmx. Felizmente, já existe um exemplo construido pelo time de P&D de DAQmx na National Instruments que possui esta função adicionada. a. Dentro do ambiente LabVIEW, navegue para Help» Find Examples. Uma vez que o NI Example Finder esteja carregado, navegue para Hardware Input and Output» DAQmx» Analog Input» Voltage Continuous Input.vi. Duplo clique para abrir o exemplo. b. Explore o Painel Frontal. Este foi inteiramente feito usando os controles, indicadores, e decorações de Painel Frontal do LabVIEW. 2. Pressione <Ctrl+E> para abrir o Diagrama de Blocos. Observe o código. Se você estiver com seu Exercise 1a aberto, compare o código do seu Diagrama de Blocos com este código. Existem algumas diferenças entre este Diagrama de Blocos e o seu. a. Para o VI Create Channel, todas as entradas são configuradas para serem controles ao invés de constantes. Isto permite que o operador facilmente altere os valores diretamente do Painel Frontal, ao invés de ter que ir ao Diagrama de Blocos. Também, os terminais de entrada de Maximum e Minimum value possuem controles. Isto permite a você especificar a faixa do sinal de entrada. Existem limites para esta faixa, e você deve consultar o documento para obter as especificações para estes limites. ni.com/daq Página 15

16 b. Para o VI Timing, novamente, são usados controles ao invés de constantes. Existe também uma função avançada sendo usada, chamada Property Node. Abra o Context help <Ctrl+H> e passe o mouse sobre o property node para aprender mais. Este property node é usado para ler a verdadeira taxa do sample clock. Alguns temporizadores permitem somente amostrar a determinadas taxas; se você não especificar uma estas taxas, ela será forçada para aquele valor. c. Aqui está um VI completamente novo, DAQmx Configure Logging (TDMS).vi. Este VI permite a você automaticamente fazer stream (log) de dados adquiridos diretamente do dispositivo DAQ para o disco usando o formato Technical Data Management (TDM). Se você está usando um sensor tal como um acelerômetro ou termopar que possui uma escala customizada, este irá fazer o data loggin em escala de unidades de engenharia. ni.com/daq Página 16

17 d. Explore as funções remanecentes do VI para perceber algumas pequenas mudanças, tais como, as funções Read e Boolean OR. 3. Para explorar a funcionalidade do data logging, retorne para o Painel Frontal. Localize a seção no Painel Frontal. a. Passe o mouse sobre a seção de pasta na direita do TDMS File Path e clique com o botão esquerdo. Isto permite a você navegar para o local do arquivo, mas você também deve entrar com o nome do arquivo para ser criado antes de selecionar OK na caixa de diálogo Open. Entre Exercise 1b Data para o nome do arquivo e insira o arquivo dentro da pasta do projeto e então prosiga. b. Configure os controles no Painel Frontal para que eles se asemelhem aos exibidos na imagem abaixo: ni.com/daq Página 17

18 c. Execute o VI por alguns segundos, e então pressione o botão Stop no Painel Frontal e finalize a aquisição. Assumindo que nenhum erro foi encontrado, o dado deve agora ser carregado para o arquivo. 4. Você pode visualizar no Excel os dados gravados utilizando o plugin TDM, basta abri-lo e ir à aba Add-ins, nela será encontrado o ícone TDM Importer, clique nele e localize o arquivo salvo. NOTA: Se você não possui o plug-in para Excel, você pode pesquisar por TDM plug in Excel em ni.com. Se isto não funcionar, você pode abrir o arquivo TDM dentro do LabVIEW, para isto pule direto para o passo 5. a. Após você ter aberto o arquivo em Excel, a aba raiz é a padrão. Esta aba contém informações de alto nível sobre o arquivo, mas na verdade não possui os pontos de dados. b. Para ver os dados, navegue para a aba _unnamedtask<1>. Esta aba possui cada dado que foi adquirido, e a linha superior tem o nome físico do canal. ni.com/daq Página 18

19 c. Você pode criar um gráfico e, a partir deste ponto, manipular os dados da forma que você preferir. 5. (Para aqueles que não possuem o plug-in ou Excel ) Dentro do LabVIEW, navegue para o Diagrama de Blocos e abra a Paleta de Funções. Usando a seção Search no canto superior direito, pesquise por TDMS file viewer. a. Insira esta função e forneça o caminho da pasta do seu arquivo TDMS dentro da entrada file path. b. Execute o VI para ver o dado. Expanda a arvore raiz a esquerda até que você possa selecionar o canal, 9215/ai0 e então selecionar a aba Analog values (graph) do data viewer. Você pode clicar com o botão direito no gráfico e selecionar Export» Export Data to Excel para salvar no Excel. ni.com/daq Página 19

20 Exercício 2: Adicionando filtro e FFT Objetivo a) Adicionar uma Transformada Rápida de Fourier (FFT) ao sinal de audio para ver o sinal no domínio da frequência. b) Adicionar um filtro passa baixa para remover as altas frequências do sinal de audio. c) Adicionar um filtro passa-faixa e um passa alta para separar o sinal em Grave (Bass), Médio (Mid-tone), e Agudo (Treble), atenuar sinais, e juntar novamente. d) Criar um subvi que contenha todo a parte de processamento de sinal. Parte A 1. Já que não precisamos armazenar os dados, abra a solução para o Exercise 1a. 2. Para salvar este VI como um novo VI, navegue para File» Save As Copy» Substitute copy for original. Este irá fechar todos os VI antigos, e deixar o novo VI na memória. 3. Antes de inserir as funções de processamento de sinais, primeiro crie um espaço vazio dentro do while loop para estas funções. a. Enquanto mantém pressionado o <Ctrl>, clique com o botão esquerdo e arraste para criar um espaço em branco dentro do while loop no diagrama de blocos. b. Tente isto algumas vezes para se familiarizar com o seu funcionamento. Se você não gostar do resultado, pressione <Ctrl+Z> para desfazer a última ação. c. Aqui está um exemplo do funcionamento. ni.com/daq Página 20

21 4. Abra a Paleta de Funções e navegue até Signal Processing» Wfm Measure» FFT Power Spectrum and PSD e insira este VI à direita e abaixo do DAQmx Read. a. Conecte a saía data do DAQmx Read à entrada Time signal do Power Spectrum. b. Esta função irá calcular a transformada rápida de Fourier e apresentará na saída um espectro de energia, o qual exibe a energia em cada sinal para cada banda de frequência. c. Vá para o Painel Frontal (Interface de Usuário) e crie um gráfico de forma de onda, clicando com o botão direito em um espaço vazio e na paleta de funções navegue por, Silver» Graph» Waveform Graph d. Retorne para o Diagrama de Blocos e conecte a saída Power Spectrum / PSD à entrada do gráfico. e. Conecte o Error out do DAQmx Read à entrada Error In do filtro, e então conecte o Error Out à entrada do Shift Register e à função Unbundle by Name. 5. Salve o VI. 6. Execute o VI para observer o espectro de frequências do sinal de audio. ni.com/daq Página 21

22 Parte B 1. Abra a solução para o Exercise 2a, ou continue usando o seu VI se você obteve sucesso ao completar a Parte A. 2. Salve este como um novo VI, Exercise 2b. 3. Abra a Paleta de Funções e navegue até Signal Processing» Waveform Conditioning» Digital IIR Filter e insira o VI entre os VIs DAQmx Read e Power Spectrum, para que o sinal seja filtrado antes, e então transformado para um espectro de frequências. Conecte os fios corretamente para os fios de sinal e erro. Expanda o while loop se você precisar de mais espaço. a. Crie uma constante para a entrada IIR filter specifications do filtro. Este é um cluster de dados que contém muitos itens. Passe o mouse sobre cada um deles com o Context Help habilitado para descobrir o que cada um representa. b. Entre com os seguintes valores dentro da constante i. Topology = Butterworth ii. Type = Lowpass iii. Order = 10 ni.com/daq Página 22

23 iv. Lower Fc = 600 c. Clique com o botão direito na borda do cluster e selecione View Cluster as Icon para minimizar este espaço no Diagrama de Blocos. d. Mova a constante para baixo e à esquerda do filtro. Seu Diagrama de Blocos deve se parecer com a imagem abaixo. 4. Para visualizar o efeito e descobrir a frequência de corte ideal para o filtro, seria melhor controlar a frequência de corte enquanto o programa está executando. Com o LabVIEW isto é possível e simples! a. Você precisará modificar a componente Lower Fc do IIR Filter Specifications. Insira uma função Bundle by Name abaixo e à esquerda da função IIR filter. b. Conecte a saída do cluster à entrada input cluster no topo da função Bundle by Name. ni.com/daq Página 23

24 c. Conecte a saída da função Bundle by Name à entrada IIR Filter Specifications da função IIR Filter. d. Crie um controle para a entrada Lower Fc da função Bundle by Name. e. Navegue para o Painel Frontal para localizar o Controle Numérico e substitua-o para um Silver» Horizontal Numeric Pointer Slide. Dê um duplo clique no valor mínimo e altere para 1 e um duplo clique no valor máximo e altere para 20k. f. A frequência minima deve sempre ser maior que zero, e a frequência máxima deve ser sempre menor ou igual à frequência de Nyquist, a qual é ½ da frequência de amostragem, 40kHz neste exemplo. ni.com/daq Página 24

25 5. Salve o VI. 6. Execute o VI e modifique a frequência de corte enquanto está em execução. Você consegue ver o efeito na frequência? Parte C 1. Você está agora ciente do efeito do filtro. Por esta razão, você não irá mais precisar ter o controle no Painel Frontal. a. Delete o controle Lowpass Frequency e remova a função Bundle by Name do diagrama de blocos. b. Altere o valor do Lower Fc para 600 dentro do cluster. c. Conecte a saida do cluster de volta à entrada IIR Filter Specifications da função IIR filter. 2. Adicione mais dois filtros digitais IIR, um filtro passa-faixa para a faixa de frequências média, e um filtro passa alta para as frequências agudas. Você irá precisar adicionar mais espaço no While Loop para adicionar dois ou mais filtros. a. Selecione todo o conjunto de filtros clicando e arrastando para selecionar, e então pressione <Ctrl> e clique, arraste e solte, para copiar a função para os filtros adicionais, para economizar tempo. Você pode selecionar múltiplos itens pressionando <Shift> enquanto seleciona os itens de interesse. b. Conecte o Error out do filtro passa-baixa ao Error in do filtro passa-faixa. Conecte o Error out do filtro passa-faixa ao Error in do passa alta. Conecte o Error out do filtro passa alta ao Error in da função Power Spectrum. Você irá precisar ajustar o Diagrama de Blocos para obter mais espaço. ni.com/daq Página 25

26 c. O Fc inferior (Lower Fc) do filtro passa-faixa deve ser sempre maior que zero e menor que o Fc superior (Upper Fc). Abra o cluster com um duplo clique neste e então entre com o valor 800 para Lower Fc e 3000 para Upper Fc. Altere o tipo para Bandpass. d. Ao contrário da intuição, o filtro passa alta usa o Fc inferior para limitar a frequência, não o terminal Fc superior. Configure este para Altere o tipo para Highpass. e. Os filtros estão agora cascateados em série pelos fios de erro, o que é aceitável. Entretanto, nós não queremos executar os filtros em série; o filtro deve ser paralelo para permitir que cada filtro veja o sinal do som original. Ramifique a saida de dados do VI DAQmx Read e conecte estes ao terminal de entrada signal in de cada filtro. 3. Com a configuração acima, somente o sinal do filtro passa-baixa será exibido. Entretanto, o objetivo de um equalizador de audio é juntar novamente o sinal após o filtro e atenuar estes sinais. a. Para atenuar o sinal, você precisa operar o array de dados numéricos dentro da forma de onda ao invés de toda a forma de onda. Use um Get Waveform Components para cada uma dos três clusters de formas para separar o array Y dos dados. b. Este está localizado em Programming» Waveform na Paleta de Funções. Insira 3 destes e conecte ni.com/daq Página 26

27 a saída da forma de onda de cada filtro à função. c. Insira uma função de multiplicação para cada array, na Paleta de Funções, vá em Programming» Numeric e conecte cada um dos três arrays a entrada no topo da função. d. No Painel Frontal, insira 3 controles Silver Numeric Vertical Pointer, um para Bass, um para o Midtone, e um para Treble, intitule respectivamente. e. Configure a faixa de entrada de 0 até 1.0 para cada controle f. Insira cada controle dentro do while loop e conecte para suas respectivas funções Multiply. 4. Para somar os arrays novamente, use a função Compound Arithmetic da mesma forma que você adicionou as funções Boolean para o terminal condicional. a. Você pode copiar e colar da função Compound OR e alterar o modo, ou insira da Paleta de Funções Programming» Numeric. b. Expanda a árvore de entrada, e conecte os arrays. c. Para construir novamente os arrays dentro de uma forma de onda, use uma função Build Waveform e ramifique a forma de onda anterior para usar como referência para a entrada input cluster no topo da função. d. Conecte a saída do Compound Arithmetic no terminal Y do Build Waveform. e. Conecte o resultado da forma de onda ao VI Power Spectrum. O código do Diagrama de Blocos dentro do While Loop deve se parecer com o abaixo. ni.com/daq Página 27

28 5. Salve o VI. 6. Execute o VI e configure o nível de atenuação do sinal no Painel Frontal para visualizar o efeito dos filtros. Parte D 1. A partir deste ponto, o Diagrama de Blocos começou a ficar muito poluido, e você pode tentar rearanjar o código. No LabVIEW é possível fazer isto, através da criação de um subvi, o qual é uma função que você cria e reutiliza dentro de VIs maiores. Neste exemplo, nó iremos fazer um subvi para todo o processamento de sinal. 2. Abra sua solução para o Exercise 2c e salve como um novo arquivo para Exercise 2d. 3. Para preparar o Diagrama de Blocos para criar um subvi, você precisa alinhar os controles (Entradas) para o lado esquerdo e os indicadores (saídas) para o lado direito. Tudo que você deseja ocultar no subvi deve ficar no centro. Aqui temos um exemplo. A sessão azul estará contida dentro do subvi, e os fios que estão envolvidos por sessões vermelhas serão entradas e saídas para as funções do subvi. 4. Para criar o subvi, clique com o botão esquerdo e arraste a sessão em volta da sessão azul da imagem aterior. ni.com/daq Página 28

29 a. Após você ter selecionado os ítens, navegue até Edit» Create subvi. b. Isto irá colocar todos os iténs inclusos dentro de um novosubvi e automaticamente criar controles e indicadores. 5. Você pode agora proceder editando o ícone para o subvi e alterando os fios se necessário. Dê um duplo clique no ícone do subvi para começar este processo. Isto irá trazer o Painel Frontal do subvi. a. No canto superior direito do Painel Frontal do subvi, você irá encontrar o ícone e o Connector Pane do subvi. b. Dê um duplo clique no ícone padrão para abrir o Icon Editor. c. Navegue pelo ambiente e edite o ícone conforme você desejar. É indicado adicionar um texto e escolher um ícone que remeta à funcionalidade do subvi criado. Você pode arrastar glyphs da biblioteca e também copiar e colar imagens diretamente da internet. ni.com/daq Página 29

30 d. Aqui temos um exemplo de um ícone que você poderia usar, mas sinta-se a vontade para criar o seu próprio. Selecione OK uma vez que você tenha finalizado. e. Agora vamos alterar o padrão do terminal de conexão. É recomendável que você mantenha as entradas no lado esquerdo e as saídas no lado direito. Os cantos inferiores e superiores são tipicamente usados para especificações e entrada opcionais. Isto significa que nós precisaremos ter 5 entradas na esquerda e mover o terminal do controle Treble para o lado esquerdo. f. Clique com o botão direito no Connector Pane e selecione Patterns» e então selecione o padrão de terminais com 5 entradas, 5 saidas, 3 no topo e 3 na base. g. Você precisa agora alterar os terminais que estão mapeados para os controles. Clique com o botão direito na entrada laranja inferior a qual corresponde ao Mid-tone e selecione Disconnect This Terminal. h. Agora você precisará reconectar o controle Mid-tone para o terminal entrada Middle. Clique com o botão esquerdo na entrada do meio. Perceba que o cursor do mouse muda para um carretel. ni.com/daq Página 30

31 i. Você irá precisar agora de clicar com o botão esquerdo no controle que você deseja que seja mapeado neste terminal, Mid-tone. j. Você pode clicar com o botão esquerdo em qualquer terminal que já esteja atribuido a um controle e este irá destacar o controle associado. k. Repita este processo para mapear o controle Treble para o terminal de entrada logo acima da entrada Error e logo abaixo da entrada Mid-tone. l. Retorne para o Diagrama de Blocos e clique com o botão direito no fio de forma de onda que é a entrada da função Power Spectrum e crie um indicador. Mapeie estes indicadores para o terminal de saída do meio. m. Esta imagem mostra como todos os controles e indicadores devem estar mapeados. n. Salve o VI como Signal Processing subvi dentro da pasta em seu desktop. o. Feche o subvi. ni.com/daq Página 31

32 6. Retorne ao Exercise 2d.vi. Abra o Diagram de Blocos e perceba que o subvi é agora é exibido em cinza claro. Isto é porque você precisa fazer um link para o subvi após alterar o terminal de entrada. a. Clique com o botão direito no subvi e selecione Relink to subvi. b. Verique que todos os conectores agora estão corretos. Reorganize o diagram de blocos usando o Clean up e condense o tamanho do While Loop. Abaixo você pode verificar o resultado após a reorganização do Diagrama de Bolcos. 7. Salve o VI. Execute o VI para verificar que estas continuam funcionando corretamente. ni.com/daq Página 32

33 Exercício 3: Saída do sinal processado Objetivo a) Criar uma tarefa de saída analógica para reproduzir um simples tom b) Modificar o código para gerar continumanente e uma nova forma de onda de saída c) Adicionar este código dentro do código de entrada analógica e então apresentar na saída um sinal de audio filtrado d) Modificar o código para permitir a duas entradas analógicas e duas saídas analógicas já que o sinal é estério com sinais de audio esquerdo e direito Parte A 1. Crie um novo VI no seu Project Explorer clicando com o botão direito em My Computer e selecionando New» VI. 2. Salve este VI como Exercise 3a. 3. Crie um canal virtual DAQmx para saída de tensão analógica inserindo um DAQmx Create Virtual Channel e então selecione o tipo para ser Analog Output» Voltage. a. Configure a entrada Physical Channels para ser 9263/ao0 b. Configure o terminal como default 4. Crie um VI DAQmx Timing a. Configure a taxa para 40k b. Configure o sample mode como Continuous 5. Por padrão, tarefas de saída analógica são configuradas para ter uma forma de onda pré carregada no buffer de saída antes de iniciar, e então continuamente regenerar a forma de onda até que a tarefa do DAQmx esteja limpa. Então agora você precisa criar uma forma de onda. a. Navegue para a Paleta de Funções e vá para Programming» Waveform» Analog Waveform» Waveform Generation» Basic Function Generator e insira esta funçaõ acima do VI Sample Clock Timing. b. Navegue para a entrada usando o Context Help <Ctrl+H> c. Insira uma constante para frequency, amplitude, signal type, e sampling info. d. Entre com o valor 800 para frequency, para amplitude, e Sine Wave para signal type. Para o Sampling info, entre com o valor 40k para o Sample Rate (Fs), e 40k para o Number of Samples (#s). Você pode passer o mouse sobre os itens em um cluster para ver os label (rótulo) no context help, mas neste caso isto não é importante uma vez que possuem o mesmo valor. e. Esta função irá gerar durante um segundo um tom de 800 Hz que é amostrado a 40kHz. ni.com/daq Página 33

34 6. Crie um VI DAQmx Write e insira ao lado direito do VI Sample Clock a. Conecte os fios Task e Error adequadamente ao VI Sample Clock b. No topo do VI existe um terminal, Auto-start, o qual irá iniciar a tarefa automaticamente após o buffer estar carregado. Crie uma constante para esta entrada e selecione F para evitar o auto-starting. c. Conecte o signal out do VI Basic Function Generator para a entrada data do VI DAQmx Write. d. Altere a instância polimórfica do VI DAQmx Write para Analog» Single Channel» Multiple Samples» Waveform 7. Insira um VI DAQmx Start Task após o VI DAQmx Write 8. Crie um pequeno While loop ao lado direito do VI Start Task e passe os fios task e error através do While loop para fazer o túnel. a. Crie um controle Stop Button, e também separe o fio de erro para parar o loop se um erro for detectado. b. Substitua os túneis por Shift registers 9. Limpe a tarefa e insira um VI Simple error handler o qual está localizado em Programming» Dialog & User Interface. 10. Este VI irá agora apresentar na saída um tom de 800 Hz continuamente até que o botão Stop seja apertado. Coloque seu fone de ouvido e execute o VI e o teste. ni.com/daq Página 34

35 Parte B 1. Abra a solução para o Exercise 3a e salve uma cópia como Exercise 3b. 2. Para atualizar a saída da forma de onda enquanto esta está em execução, você irá precisar alterar o comportamento padrão para permitir a regeneração. a. Clique com o botão direito no VI DAQmx Write e navegue para DAQmx Data Acquisition Palette» DAQmx Write Property Node e insira este property node entre os VIs Sample Clock e DAQmx Write. b. Conecte os fios Task e Error adequadamente. c. Para o property node, selecione Regeneration Mode para a propriedade de interesse e crie uma constante. Selecione Do Not Allow Regeneration. 3. Aumente o tamanho do While Loop para permitir uma cópia do VI Basic Function Generator e todas as constantes. a. Copie e cole o Function Generator dentro do While loop. b. Altere a constante Frequency para um controle. c. Navege para o Painel Frontal e substitua o controle numérico com um ponteiro horizontal da paleta Silver. d. Configure os limites para o controle de 1 até 20k. 4. Copie e cole o DAQmx Write dentro do While Loop e conecte adequadamente os fios Task e Error. a. Configure o auto-start para F se você não tiver feito isto anteriormente. b. Conecte o Signal out do Function Generator dentro do loop para a entrada data do VI DAQmx Read. ni.com/daq Página 35

36 5. Execute o VI e modifique a frequência durante o tempo de execução enquanto excuta a saida da forma de onda em seu fone de ouvido. Parte C 1. Para usar o código de saída analógica para tocar de volta o audio processado na entrada, você irá precisar adicionar este código à solução do Exercise 2d. a. Copie todo o código do Diagrama de Blocos e cole dentro do Diagrama de Blocos do VI de saída analógica como visto na figura abaixo. Você também pode selecionar o código de um Diagrama de Blocos e arrastar e soltar (drag-and-drop) sobre o outro. 2. O objetivo agora é fundir dois while loops juntos. Já que aquisição e geração estão relacionados e o dado precisa ser compartilhado entre eles, estes devem estar na mesma estrutura while loop. a. Você tem duas opções: remover um loop e adicionar o código remanecente dentro do outro, ou remover ambos e adicionar um novo while loop sobre todo o código. b. O resultado é o mesmo, e isto é apenas uma preferência. Você irá também precisar remover um dos Stop button que você não vai mais precisar. c. Seu Diagrama de Blocos deve se parecer com a abaixo. ni.com/daq Página 36

37 3. Salve o VI como Exercise 3c. 4. Remova o VI Function Generator e todas as constantes e controles dentro do While Loop. 5. Conecte o terminal Output Waveform do subvi Signal Processing para o terminal data do VI DAQmx Write. ni.com/daq Página 37

38 6. Altere a amplitude do Function Generator antes do while loop para zero (0) para que isto seja um 1 segundo de delay sem som em vez de um 1 segundo de tom no início da saída. 7. Delete um dos Vis Simple Error Handler já que é uma boa prática ter apenas um error handler por VI. a. Insira uma função Merge Errors para juntar os dois erros navegando por Programming» Dialog & User Interface b. Conecte o Error output de cada DAQmx Clear Task na entrada da função merge error, e conecte a saída desta função a entrada do Simple Error Handler. 8. Salve o VI. Execute o VI com seu fone de ouvido conectado e sua fonte de reprodução de áudio está ligada. Alterne a atenuação e filtre as frequências. Você consegue perceber o efeito? Parte D 1. Abrir a solução para o Exercise 3d para explorar como adicionar um Segundo canal à entrada analógica, processamento de sinal, e saída analógica. 2. Quando selecionado Multiple Channels no VI Crate Virtual Channel, use a opção Browse e segure o <Ctrl> enquanto seleciona multiplos canais. 3. Um For loop é usado para facilmente fazer um array de forma de onda para multiplos canais de saída, e o ni.com/daq Página 38

39 terminal Count (N) determina quantas vezes o loop irá executar, e portanto quantos itens (índices) no array, terão a forma de onda. 4. For loops são também usados para indexar arrays para o processamento de dados. Não é necessário colocar uma entrada ao terminal Count (N) se existir um array que seja a entrada para o For Loop este irá automaticamente gerar o contador baseado no número de elementos no array. 5. Você também precisa mudar as funções DAQmx Read e Write para considerarem vários canais. ni.com/daq Página 39