Artigo Sobre LabView Vitor Amadeu Souza

Transcrição

1 Artigo Sobre LabView Vitor Amadeu Souza 1

2 História O LabVIEW (acrónimo para Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) é uma linguagem de programação gráfica originária da National Instruments. A primeira versão surgiu em 1986 para o Macintosh e atualmente existem também ambientes de desenvolvimento integrados para os Sistemas Operativos Windows, Linux e Solaris. Os principais campos de aplicação do LabVIEW são a realização de medições e a automação. A programação é feita de acordo com o modelo de fluxo de dados, o que oferece a esta linguagem vantagens para a aquisição de dados e para a sua manipulação. Os programas em LabVIEW são chamados de instrumentos virtuais ou, simplesmente, IVs (Ou VI no Inglês). São compostos pelo painel frontal, que contém a interface, e pelo diagrama de blocos, que contém o código gráfico do programa. O programa não é processado por um interpretador, mas sim compilado. Deste modo a sua performance é comparável à exibida pelas linguagens de programação de alto nível. A linguagem gráfica do LabVIEW é chamada "G". Os blocos de funções são designados por instrumentos virtuais. Isto é assim porque, em princípio, cada programa (Sub-IV) pode ser usado como sub-programa por qualquer outro ou pode, simplesmente, ser executado isoladamente. Devido à utilização do modelo do fluxo de dados, as chamadas recursivas não são possíveis, podendo-se, no entanto, conseguir esse efeito pela aplicação de algum esforço extra. O programador liga IVs com linhas (arames) de ligação e define, deste modo, o fluxo de dados. Cada IV pode possuir entradas e/ou saídas. A execução de um IV começa quando todas as entradas estão disponíveis; os resultados do processamento são então colocados nas saídas assim que a execução do sub-programa tenha terminado. Desta forma, a ordem pela qual as tarefas são executadas é definida em função dos dados. Uma ordem pré-definida (por exemplo, "da esquerda para a direita") não existe. Uma importante consequência destas regras é a facilidade com que podem ser criados processos paralelos no LabVIEW. Os sub-ivs sem interdependência dos respectivos dados são processados em paralelo. Os sub-ivs que não possuem entradas são executados no início do programa. Se o sub- IV não possuir saídas, os dados resultantes são ignorados ou, então, usados pelo exterior: são escritos para o disco rígido ou para a rede, ou enviados para impressão. Da mesma forma, um sub-iv sem entradas pode receber dados provenientes de aparelhos periféricos ou pode gerar os seus próprios dados (um exemplo é um gerador de números aleatórios). Os sub-ivs podem estar interligados com muita complexidade. Muitas das funções próprias do LabVIEW são, por sua vez, IVs normais, que podem ser modificados pelo programador (o que não é recomendado). Todos os IVs se baseiam numa série de funções básicas, chamadas "primitivas", que não podem ser modificadas pelo programador (ao invés dos IVs.) Muitos IVs e primitivas em LabVIEW são polimorfos, ou seja, a sua funcionalidade adapta-se ao tipos de dado que recebem. Por exemplo, a função Build-Array pode ser usada para a criação de quaisquer variáveis, ou seja, de strings, de inteiros e também de arrays e de 2

3 clusters. Também é possível ao programador construir os seus próprios IVs polimorfos. No fundo, consistem de uma coleção de vários IVs com diferentes tipos de dados, entradas e saídas. Os dados podem ser ligadas ao Painel frontal através de manipuladores. Por exemplo, a inserção de números pode ser dependente de um manípulo e uma variável de saída booleana pode ser realizada por um LED colocado no painel. O painel frontal do LabVIEW é um meio confortável para construir programas com uma boa interface gráfica. O programador não necessita de escrever qualquer linha de código. A apresentação gráfica dos processos aumenta a facilidade de leitura e de utilização. Uma grande vantagem em relação às linguagens baseadas em texto é a facilidade com que se cria componentes que se executam paralelamente. Em projetos de grande dimensão é muito importante planear a sua estrutura desde o início (como acontece nas outras linguagens de programação). As desvantagens do LabVIEW face à programação por texto são, essencialmente: Pequenas mudanças podem obrigar a profundas reestruturações do programa, uma vez que sempre que se insere um novo bloco é necessário voltar a ligar os fios e os símbolos para reestabelecer o funcionamento. Para evitar confusões de linhas é habitual introduzir mais variáveis do que aquelas que são estritamente necessárias, diminuindo-se assim a velocidade de programação e contrariando-se, de algum modo, o modelo de fluxo de dados. Por um lado, é confortável programar sem código: mas não devemos esquecer que no LabVIEW é muito importante planear muito bem o projeto antes de se passar à realização dos IVs. Baixando e Instalando o LABVIEW A versão usada nesta apostila foi a versão 8.6 do LabView. A versão de avaliação deste software, que é válida por 30 dias pode ser baixada gratuitamente no site Após o cadastro no site na National Instruments, faça o donwload e instalação deste software. O download do arquivo são de aproximadamente 600 MB. Exemplos Nada melhor para entender o funcionamento do LabView senão pelo uso de exemplos práticos do mesmo. Neste capítulo, veremos como utilizar os diversos recursos disponíveis neste software. Exemplo 1 Visualizando a Tensão e Freqüência Neste experimento veremos como medir a tensão e freqüência no labview assim como simularmos o funcionamento do mesmo. Após inicialização do LabView, a seguinte tela surgirá a seguinte tela: 3

4 Click na opção VI from Template, conforme marcado abaixo: 4

5 Surgirá neste momento a seguinte tela: Clique na opção VI -> From Template -> Simulated -> Generate and Display, conforme apresentado abaixo: 5

6 Agora clique no botão Ok. Neste momento a tela abaixo surgirá: 6

7 Note que o display apresentado permite com que possamos fazer medições de tensão (amplitude) assim como da freqüência (tempo). Para executar nosso exemplo, basta pressionar o botão RUN conforme marcado abaixo: 7

8 Neste momento inicia a execução do exemplo e a tela ficará como apresentado abaixo: 8

9 Veja que o default é uma onda senoidal com freqüência e amplitude de 10Hz e 1 V respectivamente. Para parar a simulação basta pressionar o botão STOP. Podemos perfeitamente ampliar a tela do visor clicando sobre o mesmo e redimensionando este, veja abaixo o resultado: 9

10 Para alterarmos a tensão e freqüência que estão sendo impostas no display basta que cliquemos duas vezes sobre o mesmo, neste momento a seguinte tela surgirá: 10

11 Agora clique duas vezes sobre a caixa maior apresentada, que está marcada abaixo: 11

12 Neste momento a seguinte tela surgirá: 12

13 Observe que no campo Signal Type podemos escolher que tipo de sinal será gerado pelo gerador. Temos diversas opções como onda quadrada (square), onda triangular (triangle) assim como a onda senoidal (sine). Na opção Frequency podemos definir a frequência no qual o gerador irá gerar e na opção Phase podemos definir o ponto de partida da onda, ou seja 0º ou 90º por exemplo. Na opção Amplitude definimos qual será a tensão máxima que o sistema irá gerar. Ajuste por exemplo para amplitude para 30 V e a freqüência para 60 Hz e clique no botão Ok. Agora volte a tela de simulação e execute este exemplo, você notará que a amplitude do mesmo assim como a freqüência já estarão atualizadas, conforme pode ser visto abaixo: 13

14 Neste exemplo aprendemos a configurar a saída de tensão e freqüência assim como o tipo de onda usado no LAbView. Tente rever toda a explicação e passos e se possível refaça os mesmos, pois estes serão importantes para os próximos exemplos. Obs: Uma forma muito importante de obter informações do LabView é utilizando o seu Help. Para acessar o mesmo, pressione F1 do teclado do seu computador. 14

15 Exemplo 2 Usando o Slider e Progress Bar Neste exemplo iremos aprender a utilizar o Slider no LabView. Para isso, após inicializar o LabView vá ao menu File -> New VI. Neste momento, serão abertas duas janelas, como apresentado abaixo (verifique pois talvez uma esteja abaixo da outra janela aberta): E a outra janela é: 15

16 A primeira janela é chamada de Painel Frontal. É através desta janela que o usuário fará a iteração com o sistema, ou seja irá testar as suas funcionalidades. Já a segunda janela é chamada de janela de Diagramas de Blocos. Nesta janela é que faremos a programação de como o Painel Frontal irá funcionar. Neste exemplo que iremos realizar agora, iremos usar estes dois recursos. Antes de mais nada, vá no Painel Frontal no menu View -> Tool Pallete e View -> Control Pallete e na janela de Diagrama de Blocos no menu View -> Function Pallete e View -> Tool Pallete. Note que no momento que for feita esta habilitação, serão aberta novas paletas no sistema, por exemplo abaixo podemos visualizar a Tool Pallete: A Tool Pallete é usada tanto pelo Painel Frontal quanto pelo Diagrama de Blocos. Vejamos abaixo mais informações a respeito da Tool Pallete: 16

17 Utilize a ferramenta Operating para alterar os valores de um controle ou selecionar o texto em um controle. A ferramenta Operating é alterada para o seguinte ícone ao ser movida sobre um controle de texto, como um controle digital ou de string. Utilize a ferramenta Positioning para selecionar, mover ou redimensionar objetos. A ferramenta Positioning é alterada para um dos seguintes ícones ao ser movida sobre um canto de um objeto redimensionável. Utilize a ferramenta Labeling para editar texto e criar legendas livres. A ferramenta Labeling é alterada para o seguinte ícone quando você cria legendas livres. Utilize a ferramenta Wiring para ligar objetos no diagrama de bloco Utilize a ferramenta Object Shortcut Menu para acessar ao menu de atalho de um objeto com o botão esquerdo do mouse. Utilize a ferramenta Scrolling para percorrer as janelas sem utilizar as barras de rolagem. Utilize a ferramenta Breakpoint para definir pontos de parada em VIs, funções, nós, ligações e estruturas, a fim de interromper a execução naquela localização. Utilize a ferramenta Probe para criar sensores no diagrama de bloco. Utilize essa ferramenta para verificar valores intermediários em um VI que apresenta resultados questionáveis ou inesperados. Utilize a ferramenta Color Copy a fim de copiar cores para serem coladas 17

18 com a ferramenta Coloring. Utilize a ferramenta Coloring para colorir um objeto. Ela também exibe as configurações atuais de cores de primeiro plano e de fundo. Agora o Funcion Pallete e o Control Pallete são usados cada um para cada ambiente de desenvolvimento. Abaixo podemos visualizar o Control Pallete e Function Pallete respectivamente: 18

19 É através destas janelas apresentadas, neste caso a Function e Control Pallete que poderemos agregar diversos recursos ao sistema. Através da Tool Pallete poderemos alterar parâmetros assim como mover estes componentes dentro de cada um dos ambientes. Pois bem, vamos agora então iniciar nosso exemplo, onde teremos um Slider e um Progress Bar Horizontal onde de acordo com a movimentação do Slider, poderemos ver o Progress Bar acompanhar esta variação. Primeiramente, vamos ao Painel Frontal, teremos a seguinte tela: 19

20 Obs: Veja que a Tool Pallete assim como a Control Pallete já estão disponíveis no painel frontal. Agora vá no menu Controls na opção System, a janela ficará da seguinte forma: Dê um clique no componente System Horizontal Slide e em seguida coloque o mesmo na área de trabalho no painel frontal dando mais um clique nesta área após seleção do componente, o resultado será o seguinte: 20

21 Observe que por default o valor do slider pode ir no caso apresentado de 0 a 10. Para alterar o valor do slider, basta com que você selecione o mesmo com o botão esquerdo do mouse e em seguida pressione com o botão direito sobre o slider e em vá na opção Properties. Neste momento a seguinte tela surgirá: 21

22 Agora vá na aba Scale, a tela ficará da seguinte forma: 22

23 Observe as propriedades Minimun e Maximum. Através dela podemos configurar o valor máximo e mínimo do slider. Ajuste neste caso o mínimo para 0 e o máximo para 100. Agora clique no botão Ok afim de retorne ao painel frontal. Agora vamos colocar o componente System Horizontal Progress Bar no Painel Frontal. O mesmo está localizado na mesma aba do Slider. O resultado será o apresentado abaixo: As propriedades mínimo e máximo deste componente já estão configuradas normalmente de 0 a 100. Agora clique duas vezes no progress bar ou slider, a tela ficará da seguinte forma: 23

24 Note que no diagrama de blocos, temos dois blocos sendo um o slider e o outro o progress Bar. O que devemos fazer agora, é interligar os dois de forma que conforme o slider seja alterado, o valor seja atualizado no progress bar. Para isso, você deverá clicar no componente Connect Wire que permitirá realizar tal conexão. Este componente está apresentado abaixo: Agora faça a conexão entre estes blocos, o resultado será o seguinte: 24

25 Agora será necessário criar um loop while (laço enquanto) no nosso sistema de forma que o mesmo fique executando continuamente a operação de leitura do slider e carga do valor no progress bar. Para isso, no diagrama de blocos vá na Function Pallete e escolha lá a aba Programming. Em seguida, escolha a opção Structures e finalmente a opção While Loop. Coloque este recurso no diagrama de blocos, teremos o seguinte resultado: 25

26 Agora redimensione o loop while e coloque os componentes slider e progress bar dentro do mesmo, conforme sugere a figura: 26

27 Para que o loop while funcione corretamente é necessário que o mesmo tenha um condição que permita isso se realizar. Neste caso, voltemos ao painel frontal e vamos na paleta de controle do mesmo, na aba Classic. O resultado será o seguinte: Agora dê um clique no botão Vertical Toggle Switch, que é a figura no painel, o resultado será o seguinte: e coloque o mesmo 27

28 Ou seja, da forma que está o progress bar será atualizado sempre que o botão estiver habilitado. Agora volte ao diagrama de blocos, o mesmo estará da seguinte forma: 28

29 Faça uma conexão do botão com o Loop Condition do Loop While, conforme sugere abaixo: Pronto, já estamos com a lógica de funcionamento pronta no nosso simulador. Agora volte ao Front Panel e execute o programa pressionando o botão Run. Note que conforme você ajuste o slider o resultado do mesmo é acompanhado pelo progress bar, veja abaixo o funcionamento: 29

30 Agora para parar a execução do simulador, pressione o botão STOP. Podemos também apresentar o valor corrente ajustado tanto no slider quanto no progress bar. Para isso, selecione o componente slider e em seguida clique com o botão direito do mouse sobre o componente e vá na opção Properties. A seguinte tela será apresentada: 30

31 Marque a opção Show Digital Display de forma que aparecera ao lado do componente um pequeno display informando o valor corrente ajustado no mesmo. Faça esta mesma operação também para o componente progress bar. Agora abaixo podemos visualizar o mesmo exemplo rodando com os displays: Tente reler tudo que foi apresentado até agora, pois estes passos serão usados no decorrer da apostila de forma constante. Exemplo 3 Botão e Led no LabView Agora aprenderemos a criar um acionamento de um led de acordo com a ativação de um botão no labview. Deixe o Painel de Controle igual ao que está apresentado abaixo: 31

32 Os botões são do tipo Vertical Toggle Switch e estão localizados na caixa de controle, na aba Classic. Já o led está localizado na aba Express com o nome de Round Led. Agora vamos até a janela de diagrama de blocos, vejamos a mesma: 32

33 Coloque uma estrutura de repetição do tipo while no sistema e faça a interligação do sensor de entrada ao led. O resultado será o da figura abaixo: 33

34 Agora execute o programa de forma a visualizar o mesmo funcionando, no painel frontal. Você notará que conforme o botão é ligado o led é acesso, seguindo desta forma o fluxo do botão. Exemplo 4 Usando o Medidor Analógico Agora faremos um exemplo onde mostraremos de acordo com a entrada do slider o valor deste em um medidor analógico do labview. Para isso, deixe o front panel da seguinte forma: 34

35 O componente Slider e Meter estão disponíveis no painel de painel de controle, na seção modern. Estes componentes são identificados pelo ícone e. Agora no diagrama de blocos, deixe a interligação dos componentes da seguinte forma: 35

36 Veja que a saída do slider está conectado ao medidor. O estado do botão determina o loop do sistema, neste caso o loop while. O programa executado no simulador ficará da seguinte forma: 36

37 Exemplo 5 Desenvolvendo um Somador Veremos agora uma aplicação no qual iremos desenvolver um pequeno somador. A idéia será que teremos duas caixas numéricas de entrada. No momento em que o usuário digitar e informar um valor nas mesmas, estes serão somados e o resultado atribuído a caixa numérica de saída. Vejamos abaixo como ficará nosso front panel: 37

38 Veja que nosso sistema é composto de três caixas de texto numéricas e um botão para controle do laço while. Estas caixas de texto estão disponíveis na paleta de controle, na aba System na opção System Numeric, observe a marcação abaixo: 38

39 Podemos melhorar a apresentação dos nomes das caixas de texto facilmente, bastando para isso selecionar a caixa de texto através do botão esquerdo e em seguida, ir a opção Properties clicando para isso com o botão direito do mouse. Neste momento a seguinte tela surgirá: 39

40 Basta agora entrar com os novos textos na caixa Label. Coloque por exemplo a configuração apresentada abaixo para cada caixa de texto: 40

41 Agora vamos ao diagrama de blocos, a tela estará da seguinte forma: Agora precisaremos utilizar um somador para somar o conteúdo da caixa de texto Valor 1 com o conteúdo da caixa de texto Valor2 onde o resultado da soma será atribuído a variável Resultado. Neste caso iremos utilizar o componente somador, disponível na caixa de paleta funções do diagrama de blocos. Este somador encontrase na aba Programming. Chegando nesta aba, vá na opção Numeric, clicando no seguinte botão:. Irá abrir uma série de operadores que podemos usar no nosso programa, como apresentado a seguir: 41

42 Escolha por enquanto o operador soma, clicando para isso no seguinte ícone: diagrama de blocos ficará agora da seguinte forma:. O 42

43 Agora será necessário alterar o sentido da recepção de dados da caixa de texto resultado. Veja que a mesma tem os dados saindo, observe a seta marcada abaixo: 43

44 Para inverter o sentido da entrada de dados, basta selecionar o mesmo com o botão esquerdo do mouse e em seguida clicar com o botão direito. Neste momento irá aparecer a seguinte caixa: 44

45 Clique na opção Change to Indicator de forma a inverter o sentido para que possa agora entrar dados na caixa resultado, observe agora: Agora basta realizar as conexões, deixando a mesma da seguinte forma: 45

46 Agora circundo o loop while e conecte o mesmo ao botão, conforme abaixo: 46

47 Finalmente agora rode o programa. Note que conforme você informa os valores nas caixas de texto, as mesmas são somadas e o valor apresentado na caixa de saída resultado, abaixo um exemplo: 47

48 Exemplo 6 Desenvolvendo uma Calculadora Completa Agora iremos desenvolver uma calculadora completa, com soma, subtração, divisão e multiplicação. Deixe o front panel da seguinte forma: Observe que agora temos caixas com nomes diferentes cada um com equivalência para cada caixa de saída. Temos também 4 saídas onde o resultado de cada uma das operações ficará armazenada nelas. Vejamos agora como fica nosso diagrama de blocos para execução deste exemplo: 48

49 Abaixo o exemplo do programa sendo executado no PC: 49

50 Exemplo 7 Testando o operador Lógico Agora iremos desenvolver um exemplo que faz uso do operador lógico. A idéia será a de ter dois botões que entram em um operador lógico do tipo AND. Quando as duas entradas estiverem acionadas, ou seja em nível 1, o led conectado na saída da porta irá se acender. Veja abaixo o front panel do nosso exemplo: 50

51 Vejamos agora o diagrama de blocos do exemplo: Faça a conexão de forma que o diagrama fique da forma abaixo: 51

52 A porta lógica AND está disponível na paleta de funções na seção programming. Escolha nesta caso a opção Boolean, que pode ser acessada pelo botão momento irá se abrir uma nova janela com as seguintes opções:. Neste Escolha neste caso a opção porta AND, que pode ser acessado pela opção. Agora execute o exemplo no simulador e veja que o led acenderá quando os dois botões estiverem pressionados. 52

53 Exemplo 8 Testando mais operadores lógicos Neste exemplo teremos uma aplicação mais completa, onde poderemos testar o operador AND, OR e XOR. Deixe o front panel da seguinte forma: 53

54 O diagrama de blocos ficará da seguinte forma: Todos os exemplos estão na mesma seção apresentada anteriormente. Agora observe abaixo o exemplo rodando no simulador: 54

55 Conexão entre objetos A cor de ligação entre os objetos pode alterar de acordo com o tipo de conexão existente entre eles. Observe abaixo as cores que podem ser apresentados estes: 55

56 Exemplo 9 Conhecendo os knobs Os knobs são no labview chaves seletoras onde através destas podemos ajustar uma saída de acordo com a sua configuração. Neste exemplo, iremos usar um knob assim como meter (medidor) para mostrar o valor ajustado do knob. O knob assim como o meter estão na paleta de controle, na seção Classic -> Classic Numerics. Após selecionar esta opção, as seguintes opções serão apresentadas: Escolha os componentes marcados abaixo: 56

57 Adicione também a front panel um botão, o resultado final será o seguinte: Agora vamos ao diagrama de bloco. Deixe o mesmo conforme sugerido abaixo: 57

58 Observe que o knob está ligado ao medidor e ambos estão presos em um loop while. Execute esta aplicação e veja o funcionamento da mesma, abaixo um exemplo do programa funcionando: Exemplo 10 Convertendo temperatura de ºC para ºF Neste exemplo veremos os passos para converter uma tensão de graus Celsius para graus Fahrenheit. Para isso, de acordo com a Física, devemos multiplicar o valor 58

59 de ºC por 1,8 e em seguida, somar este resultado com 32. Assim, temos o valor de ºC convertido para ºF. Vejamos abaixo como ficará nosso front panel: Observe que temos duas caixas de texto, onde uma foi renomeada para ºC e a outra para ºF. Além disso, temos um botão para controlar o loop. Agora vejamos como ficará nosso diagrama de blocos de forma que nosso exemplo funcione: 59

60 Observe que neste exemplo a caixa de texto de entrada fica conectada a um multiplicador e em seguida, é somado este valor com 32, tendo como saída uma caixa de texto que apresenta o valor do resultado. Observe que neste exemplo temos uma novidade que é referente a constante. Esta constante encontra-se na mesma paleta de onde está o multiplicador e somador e ela é reconhecida facilmente pelo ícone. Assim que a mesma for colocada no diagrama de blocos, basta que seja digitado o valor para que esta assuma este valor constante. Execute agora o programa e veja o funcionamento do mesmo, abaixo temos um exemplo do programa rodando: 60

61 Exemplo 11 Apresentando temperatura no Termômetro Agora faremos um exemplo que demonstrará a apresentação da leitura de um knob em um termômetro no labview. A propósito, é importante comentar que podemos também medir valores externos ao computador através das chamadas placas de aquisição de dados fornecidas pela própria National Intruments, veja abaixo: No nosso caso não iremos utilizar tais placas, em função do seu elevado custo, porém podemos simular o funcionamento do mesmo. Veja abaixo como ficará o front panel do labview: 61

62 Altere a propriedade maximum do knob para 100. Agora observe como fica o diagrama de blocos deste exemplo: 62

63 Abaixo finalmente o exemplo funcionando: 63