Introdução ao Labview Parte I Prof. Dr.Valner J. Brusamarello DELET UFRGS

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1 Introdução ao Labview Parte I Prof. Dr.Valner J. Brusamarello DELET UFRGS

2 Instrumentação Virtual Integração hardware / software transparente e fácil. Linguagem modular. Programação gráfica. Integração de diferentes aplicações em uma única linguagem. Aplicações diversas: Jigas de testes, automação de processos, supervisão de sistemas, etc. Atualmente o LABVIEW pode rodar em diferentes plataformas: multitarefas (ex.: windows), plataforma de tempo real, embedded systems (ex.: FPGA,s). The Virtual Instrumentation Approach

3 Instrumentação Virtual Um instrumento virtual consiste de computadores ou estaçoes de trabalho equipados com softwares de aplicações em,hardware como placas de aquisiçao de dados, além de drivers de comunicação, os quais, juntos assumem as funçoes de instrumentos tradicionais. A principal característica dos instrumentos virtuais reside na exploração profunda da flexibilidade de software agregada a um hardware fundamental. Além do esperado aumento de desempenho com a introdução de técnicas flexíveis e customizadas de processamento, existe ainda a vantagem da reduçao de custos, uma vez que a plataforma é sempre a mesma. Comentário: A NI, além de criar uma ferramenta poderosa que disseminou a sua marca, incrementou de forma impressionante o seu mercado de hardware, liderando tentativas de padronizações nesse sentido. The NI Approach Integrated Hardware Platforms High-Speed Digitizers High-Resolution Digitizers and DMMs Multifunction Data Acquisition Dynamic Signal Acquisition Signal Conditioning and Switching Unit Under Test PXI Modular Instrumentation Instrument Control Digital I/O Desktop PC Counter/ Timers Machine Vision Motion Control Laptop PC Distributed I/O and Embedded Control PDA

4 Instrumentação Virtual PXI PCI Extensions for Instrumentation Sistemas modulares multi-funcionais controlados pelo labview

5 O que é o LabVIEW? Ambiente de desenvolvimento de programas em linguagem gráfica (VI); Os VIs (Virtual Instruments) são programas gráficos: ícones são utilizados ao invés de linhas de código. Possibilitam controle de processos, fluxo, aquisição e processamento de dados. Principal característica: facilidade de integração. O Labview possui uma variedade de funções, porém você pode adquirir módulos específicos (por exemplo de real time applications). Você também pode construir bibliotecas de Vis.

6 Introdução: Inicializando o Labview Inicialize o Labview Podemos iniciar um novo programa: Blank VI. Ou podemos explorar a extensa biblioteca de exemplos. Explore também o poderoso Help do Labview. Finalmente, em caso de dúvidas, busque apoio na Internet: temos várias opçoes em web resources.

7 Ambiente LabVIEW Cada VI possui duas janelas: Painel Frontal e Diagrama de blocos Painel frontal Ambiente visual Controles = Entradas Indicadores = Saídas

8 Ambiente LabVIEW Diagrama de Blocos Ambiente de Programação Componentes do Painel frontal e blocos de funções são conectados com wires, que mudam de acordo com o tipo de dados.

9 Painel Frontal Controls Palette Controls Palette Contém os controles e indicadores Acesso: Botão Direito no Painel Frontal

10 Painel Frontal - Controles e Indicadores Barra de Ferramentas Ícone Label do Gráfico de Formas de Onda Gráfico de Formas de Onda Ferramentas do Gráfico Legenda do Gráfico Barra de Rolagem Eixo X Controle: Parar

11 Diagrama de Blocos Functions Palette Functions Palette Contém as funções Acesso: Botão Direito (mouse) no Diagrama de Blocos

12 Diagrama de Blocos Barra de Ferramentas Função de Divisão Terminal de Gráfico de Forma de Onda Estrutura de Loop While Constante Numérica Conexão De Dados Terminal de um Controle Booleano Função De Tempo

13 Criação de projeto New»Empty Project para criar um novo projeto

14 Criando um novo VI My computer»new»vi

15 Criando um SubVI Um SubVI é um VI que é utilizado por outro VI. É utilizado para simplificar o programa Área selecionada Edit»Create SubVI SubVI criado

16 SubVIs Modularidade No LabVIEW componentes separados de um VI são chamados subvis. Utilizados quando um determinado código precisa ser executado sistematicamente com diferentes entradas. Analogo às funçoes do c. Qualquer cógigo ou parte de código LabVIEW pode ser transformado em um SubVI e assim ser chamado de programa.

17 Criando um subvi: implementar esse exemplo.

18 SubVI Um subvi corresponde a uma chamada de subrotina em uma linguagem texto Os controles do subvi e os seu indicadores recebem e retornam dados do VI de chamada. Criando um SubVIs de partes de um VI Converta a parte do VI em um subvi usando a ferramenta Positioning para selecionar a parte do diagrama de blocos que você quer utilizar e seleciona Edit»Create SubVI. Um ícone para o novo subvi substitui a parte selecionada. O LabVIEW cria controles e indicadores para o novo subvi, automaticamente configura o mesmo e liga o subvi às conexões existentes. Veja Help»Search the LabVIEW Help».

19 Em outras linguagens

20 subvi

21 Icon e connect panel O Icon e Connector Pane permite definir os dados transferidos para e do subvi e também a sua aparência no código LabVIEW principal. Todo VI mostra um ícone no canto superior direito das janelas do front panel e do block diagram. DEpois de construir um VI, construa o ícone e o connector pane assim você pode usar o VI como um subvi. O icon e o connector pane correspondem ao protótipo da função em linguagens texto. Existem muitas opções para o connector pane, mas alguns padrões gerais são especificados. No canto superior direito do front panel voce tem acesso ao connect panel e ao Icon editor. Explore-o!

22 Icon e connect panel

23 Exercício explorar!! Crie um subvi de um novo VI adicione 2 entradas e e uma saída que é a soma das entradas. Abra um new VI (Ctrl+N). Posicione a funçao Add (Programming» Numeric) no diagrama de blocos. Crie controles e indicadores com um duplo clique e selecionando Create» Control or Indictor. O diagrama de blocos e o Front Panel devem parecer. No Front Panel-> botão direito no ícone no canto superior direito e selecione Show Connector para revelar o Connector Pane. Atribua terminais do ícone aos dois controles e indicadores com botão esquerdo no ícone terminal e e esntão clicando o indicador / controle desejado

24 Exercício criando um subvi Botão direito no Connector Panel e selecione Edit Icon. Isso vai carregar o Editor de ícones. Modifique os gráficos para uma representação mais correta da funçao do SubVI, nesse caso adiçao. Salve o SubVI.

25 Criando uma Library My Computer»New»Library

26 Adicionando um SubVI a uma Library My Computer»Library»New»VI

27 Barra de Ferramentas Run button Continuous Run button Abort button Pause/Continue button Warning indicator Enter button Broken Run button Font ring Alignment ring Distribution ring Resize ring Botões adicionais da barra Reorder ring do diagrama em blocos Context Help Button Execution Highlighting button Step Into button Step Over button Step Out button

28 HELP do LabVIEW Para visualizar a janela de Context Help, selecione Help»Show Context Help, ou pressione as teclas <Ctrl-H>, ou ainda pressione o botão Show Context Help Window na barra de ferramentas Mova o cursor até o objeto para visualizar seu help específico Simple/Detailed Context Help Lock Help More Help

29 LabVIEW HELP - Examples Help»Find Examples

30 LabVIEW - Discussion Forums

31 Demonstração 1: Criando um VI Abra o Labview e abra uma área para um blank VI. Separe o painel frontal do diagrama de blocos No painel frontal, clique com o botão direito do mouse e entre na paleta de ferramentas do tipo graph. Escolha waveform graph e arraste o ícone para a área de trabalho. Novamente clique com o botão direito e entre no menu numeric. Escolha dois knobs e arraste-os para a área de trabalho. Utilize a ferramenta para alinhar os knobs.

32 Demonstração 1: Criando um VI

33 Demonstração 1: Criando um VI Vá para o diagrama de blocos e clique com o botão direito do mouse para ter acesso às funçoes. Entre em express e escolha o bloco simulate signal. Aceite os defaults dando um OK. Na área de trabalho, abra o bloco com o mouse. Faça a conexão da saída desse bloco para o gráfico. Faça a conexão de um dos knobs ao pino Amplitude. Repita a operação para o pino Frequência. Antes de rodar, clique com o botão da direita no knob ligado na frequência e mude a escala para variar de 0 a em propriedades. Rode! O que aconteceu?

34 Demonstração 1: Criando um VI

35 Demonstração 1: Criando um VI Basicamente, mandamos o labview rodar uma vez apenas! O bloco de simulação, gera 1000 pontos e os mesmos são impressos no gráficos e fim! Se quisermos que o programa rode indefinitivamente, devemos adicionar um laço. Se quisermos ter controle devemos colocar um controle um botão stop. Clique com o botão da direita do mouse. Entre em strutures e arraste o laço while em volta do VI. O pequeno i na esquerda indica o número de interações. Você pode adicionar um indicador (clique com o botão direito do mouse no terminal do i create indicator). O sinal vermelho no canto direito indica a parada. Devemos adicionar um botão de controle (clique com o botão direito do mouse no terminal do dispositivo create control). Rode novamente! Ao tentar mudar a frequência você verá uma mensagem de erro. Conserte o problema!

36 Labview O LabVIEW segue um modelo de fluxo dos dados para rodar os VIs. Um nó do diagrama de blocos é executado quando todas as entradas estão disponíveis. Quando um nó é executado, o dado é então disponibilizado para as saídas (indicadores). Esse modelo é propagado para os nós seguintes. Visual Basic, C++, JAVA, e a maioria das linguagens de programação baseadas em texto tem o controle do fluxo determinado pela oerdem de sequência dos elementos do programa. Considere um diagrama de blocos com dois números sendo adicionados. O resultado é então multiplicado por 2. Nesse caso, a execução do programa ocorre da esquerda para direita. A funçao de multiplicação só passa a ser válida após a soma estar concluída. Quando dois blocos de programa estão em paralelo e são independentes, os mesmos são executados e tem seus fluxos independentes. Se o computador tiver processadores múltiplos, os dois pedaços de código poderiam rodar totalmente independentes um do outro.

37 Labview

38 Técnicas de Debugging Quando o VI não está executável uma seta quebrada é mostarda no botão de Run. Encontrando Erros: Para listar, clique na seta quebrada. Para localizar o objeto com problemas, clique na mensagem de erro. Execution Highlighting (pequena lâmpada no toolbar do painel): Anima o diagrama e mostra o fluxo dos dados, permitindo a visualização de valores intermediários. Probe: Usada ver valores em arrays e clusters. Clique nos wires com a ferramenta Probe ou clique com o botão direito do mouse. Retain Wire Values: Usado em conjunto com as probes para ver os valores da última interação do programa. Breakpoint: Arma pausas em diferentes locais do diagrama. Clique nos wires ou objetos com a ferramenta Breakpoint.

39 Exemplo

40 Exemplo de construção de um VI No diagrama de blocos com o clicar com o botão direito e entrar no menu express. Escolha o bloco Simulate Signal e arraste-o duas vezes para a área de trabalho. Configure o bloco botão direito do mouse propriedades. Express->Signal Analysis-> Filter. Configure o bloco para um passa baixas com freq. De corte de 100 Hz. Express->Output-> Write to Measurement File. Com o botão direito-> propriedades. Express->Signal Manipulation->Merge (para unir dois sinais) Vá ao painel de trabalho e escolha o gráfico: Botão direito na área de trabalho->graph->waveform graph. Clique com o botão direito na área de trabalho e escolha em Numeric->Vertical Point slide Clique com o botão direito na área de trabalho e escolha em Numeric->Meter No diagrama de blocos, insira um laço while: Programming- >structures->while loop Por fim,no diagrama de blocos clique com o botao direito no STOP e adicione um controle (botão). Veja que os controles colocados na área de trabalho do front Panel aparecem como ícones no diagrama de blocos.

41 Painel de controle

42 Tipos de funções Express VIs: VIs interativos configuráveis: borda azul Standard VIs: VIs modulares customizados Funções: Operações básicas

43 Que tipos de funções são disponibilizadas? Entrada e saída: Simulação de sinais e dados Aquisição e geração de sinais com DAQs Comunicação (serial (USB, TCP-IP), GPIB) ActiveX para comunicação com outros programas Análise: Processamento de sinais Estatística Matemática avançada e fórmulas Continuos time solver Armazenamento: I/O de arquivos Observação: MUITAS FERRAMENTAS DO LABVIEW PODEM SER ADQUIRIDAS NA FORMA DE PACOTES ESPECÍFICOS: Real Time, Processamento de Imagens, FPGA, entre outros

44 Exercício 1 Realização de uma soma de dois números Inserir os elementos no Block Diagram. Selecionar os elementos: (a) Na janela Functions selecionar Programming, Numeric e Add (b) Arrastar o VI Add para o espaço de trabalho; (c) Clicar 1X com o botão direito do mouse (sobre o VI de interesse). Irá abrir uma janela que permite criar rótulos (labels), apresentar terminais, criar dispositivos de entrada e saída (quando for o caso), apresentar o correspondente help, entre outras funções. O rótulo deste VI deve ser SOMADOR (clicar sobre o rótulo default, apagando-o e digitando SOMADOR).

45 Exercício 2 Outras operações e controles Desenvolver um programa para somar, subrair, dividir e multiplicar dois números X e Y. Selecionar outros dispositivos de saída (usar agora o painel frontal para seleção de novos VIs de saída). Para realizar as ligações utilizar o botão Connect Wire do Tools Palette.

46 Exercício 3: Utilize as técnicas de debugging para encontrar os erros no programa ao lado

47 Exercício 4 Ok! Agora vamos explorar alguns recursos (que depois serão detalhados). Siga as instruções: Passo 1: Inicie o Labview. Você verá esta tela:

48 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos...) Passo 2: Selecione blank VI (VI é a sigla de VIRTUAL NSTRUMENT). Fazendo isso você terá acesso a área de trabalho, a qual é dividida em duas janelas: a janela de visualização do VI Front Panel e a janela do diagrama de blocos, onde os programas são desenvolvidos. Passo 3: No diagrama de blocos com o menu de funções aberto (Figura anterior), abra a função express Signal Analysis e escolha Simulate signal.

49 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) Arraste este componente para a área de trabalho e se desejar você pode modificar as propriedades do mesmo clicando com o botão direito. O default é uma onda senoidal de 10 Hz. Passo 4: Vá ao Front Panel e no menu de controles, selecione Modern e arraste a ferramenta Graph.Novamente com o botão direito do mouse você pode modificar as propriedades da ferramenta.

50 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) Passo 5: Volte ao diagrama de blocos e ligue a saída do bloco simulador a entrada da ferramenta de gráficos. Mande rodar e você verá o sinal simulado na ferramenta de gráfico. Você deverá ver no gráfico o seguinte resultado:

51 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) Que é uma onda senoidal com 10Hz. Passo 6: Agora vamos adicionar uma formula matemática para manipular o sinal de saída e mostrar isso no gráfico. No Diagrama de Bloco abra a Paleta de Funções e selecione Mathematics, Scripts e Formulas e vá em Fórmula. Insira a fórmula no bloco de diagrama, e aparecerá a seguinte tela: Onde é possível assim como se fosse uma calculadora criar funções e executá-las. Iremos multiplicar por 10 a nossa onda para termos um incremento na amplitude da onda. Em Label X1, iremos substituir X1 por Sine ou Seno como desejar, qualquer valor é aceito. Em seguida a tela da formula ira mostrar Sine ou o valor digitado, agora nesta tela colocaremos *10 ou seja, multiplicaremos o valor por 10. Note que há um quadro verde ao lado da tela, caso ele esteja verde indica que a formula está correta, em caso estar cinza, indica que a formula escrita está incorreta. Deverá ficar assim:

52 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) Após de um clique em ok. E retornaremos para o bloco de diagrama, onde deveremos ligar a formula ao Simulador de Sinal. Da seguinte maneira: Ligamos o sinal de saída ao Sine que é a nossa variável de entrada na fórmula. Agora no Painel Frontal, criamos um Gráfico (waveform graph) para que este mostre o sinal multiplicado por 10.

53 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) Onde desta forma o resultado da fórmula é mostrado graficamente. O resultado deverá ser esse para um Sinal de 10Hz: Dica: O gráfico pode mostrar ao mesmo tempo o sinal advindo diretamente do simulador de sinal assim como o gráfico pode apresentar o sinal que passou pela fórmula matemática assim é possível compará-los. Onde temos este exemplo:

54 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) Passo 7: Como inserir um Loop (para o sistema ficar rodando continuamente) Vá no bloco de diagrama, no view em functions palette, express, execution control em while loop, você terá de fazer um quadrado ao redor de todos os componentes que serão incluídos no loop.

55 Exercício 4 (calma!... Estamos recapitulando o que vimos... Adicionando novos componentes) O resultado será o seguinte: No painel frontal irá surgir um botão de stop, com o qual pode-se parar o processo do loop. Pode-se também definir o tempo do loop, adicionando outra função, que é Time Delay, que pode ser adiocinado no mesmo menu onde se encontra o Loop. Automaticamente quando inserimos o Time Delay, o mesmo abre a janela de configuração e pede o tempo para o processo. Após adicionar o time delay, rode o processo e verifique se o tempo para o delay é suficiente para rodar o processo de forma satisfatória.

56 Desafio 1) Faça um programa que concatena duas strings 2) Explore o desafio 1: entre com um número e um string obtenha na saída uma única string concatenada com o número. (procure o bloco build text) 3) Faça um programa que simule uma entrada analógica (simulando variaçao de temperatura). Coloque um controle que possibilite escolher temperatura em C, F e K e mostre em um indicador (termômetro). 4) Com o programa feito em 3) faça um subvi e implemente um sistema que emite um alarme assim que uma temperatura sair de uma faixa de valor mínimo e valor máximo. Utilize um loop while com uma temporizaçao de 1 s e salve os dados em um arquivo.

Passo 3: No diagrama de blocos com o menu de funções aberto (Figura anterior), abra a função express Signal Analysis e escolha Simulate signal.

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