01/2015 cristiane martins cmartins@ita.br aquisiÇÃo de dados / labview bÁsico semana 3

01/2015Cristiane Martinscmartins@ita.br

AQUISIÇÃO DE DADOS / LABVIEW BÁSICOSemana 3

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Programação do dia -

Aquisição de dados – HardwareSoftware de aplicação (LabVIEW)

Sub-VI

Aquisição de dados

Aquisição de dados – sinal analógico

Aquisição – sinal analógico Nível - Level

Uma vez que sinais análogicos podem ter qualquer valor, o nível fornece informação vital sobre o sinal analógico medido. A intensidade de uma fonte de luz, a temperatura de uma sala, a pressão no interior de uma câmara são exemplos, Em relação ao nível o sinal não varia rapidamente com o tempo. Exatidão da medida é importante.

Shape – Forma Sinais como ondas tipo seno, quadrada, triangular. O forma é tão importante quanto

o nível, permite análise posterior como valor de pico. Sinais de vídeo, vibração, batimentos cardíacos, ..

Frequency - FrequênciaTodos os sinais analógicos podem ser caracterizados pela sua freqüência. Diferente da forma e nível, a freqüência não pode ser medida diretamente. O sinal deve ser analisado utilizando ferramentas como Transformada de Fourier. Quando a freqüência é a peça mais importante, deve-se considerar tanto a exatidão quanto a velocidade de aquisição.

Aquisição de dados – Aliasing and sample rate A taxa de amostragem (Sampling Rate) deverá ser no

mínimo 2 vezes maior do que a máxima freqüência do fenômeno.

Se você está utilizando uma onda tipo seno, é fácil conhecer esta freqüência, porque a onda seno possui apenas uma freqüência.

Entretanto, uma onda quadrada contém muitos componentes de alta freqüência adicionados a freqüência de repetição fundamental.

Aquisição de dados - aliasing

Aliasing é o aparecimento de freqüências fantasmas quando o sinal não é amostrado em taxa suficientemente alta. Em filmes ( os quais normalmente são amostrados a 24 frames por segundo) você pode ver rodas de carro lentas, quase paradas ou mesmo parecendo que rodam ao contrário.

24 Hz, 24/s = 1440 rpm – mesma ordem de grandeza da rotação

Aquisição de dados – escolha da freqüência

Teorema de Nyquist – Para definir seu sinal no mínimo 2 amostragem por ciclo. (2f)

Se a forma de onda é desejada, você deverá ter uma taxa de amostragem de aproximadamente 10 vezes a freqüência de Nyquist. (10 x f)

Aquisição de dados - freqüência

Em qualquer aplicação devemos estar atentos a freqüência de amostragem a tal ponto que corremos o risco de adquirir sinais totalmente distorcidos do fenômeno que desejamos captar.

For example, assume the sampling frequency, fs, is 100 Hz. Also assume that the input signal contains the following frequencies: 25 Hz, 70 Hz, 160 Hz, and 510 Hz, as shown in Figure below.

Frequencies below the Nyquist frequency (fs/2 = 50 Hz) are sampledcorrectly, as shown in Figure. Frequencies above the Nyquistfrequency appear as aliases. For example, F1 (25 Hz) appears at the correct frequency, but F2 (70 Hz), F3 (160 Hz), and F4 (510 Hz) have aliases at 30 Hz, 40 Hz, and 10 Hz, respectively.

fa(N)=|fin - Nfs|fa=alias frequency fin=input signal

frequency fs=sample rate N=an integer greater than or equal to 0

As you can see from Table 1, any input signal frequency less than or equal to the Nyquist value of 500 Hz (half the sample rate) is reproduced accurately. Any frequency greater than this value yields an inaccurate alias frequency, even to the extent of reproducing a DC signal when the input frequency is an exact multiple of the sample rate. Clearly, all bets are off when the frequency content of the input signal exceeds one half the sample rate.

Figure 1 - A 900 Hz waveform (black) produces an aliased, 100 Hz waveform (gray) when under-sampled at 1000 Hz

Alising – ondas sonoras As ondas sonoras se propagam de modo contínuo no tempo e no

espaço. Para que sejam representadas no meio digital, seu comportamento analógico (contínuo) tem que ser convertido numa série de valores discretos (descontínuos). Esses valores são números (dígitos) que representam amostras ( samples em inglês) instantâneas do som. Isso é realizado por meio de um conversor analógico/digital (AD). Se quisermos ouvir novamente o som, torna-se necessário que os sinais digitais representados por números binários sejam reconvertidos em sinais analógicos por meio de um conversor digital/analógico (DA).

Amostragem A conversão do sinal analógico

para o digital é realizada por uma seqüência de amostras da variação de voltagem do sinal original. Cada amostra é arredondada para o número mais próximo da escala usada e depois convertida em um número digital binário (formado por "uns" e "zeros") para ser armazenado.

Taxa de amostragem As amostras são medidas em intervalos fixos. O

números de vezes em que se realiza a amostragem em uma unidade de tempo é a taxa de amostragem, geralmente medida em Hertz. Assim, dizer que a taxa de amostragem de áudio em um CD é de 44.100 Hz, significa que a cada segundo de som são tomadas 44.100 medidas da variação de voltagem do sinal. Dessa maneira, quanto maior for a taxa de amostragem, mais precisa é a representação do sinal, porém é necessário que se realize mais medições e que se utilize mais espaço para armazenar esses valores

Amostragem

Audio – taxa de amostragem

Assim, como ouvimos numa faixa que vai aproximadamente de 20 a 20kHz, uma taxa de amostragem deveria ser de pelo menos 40khz para que todas as freqüências audíveis possam ser registradas.

Fazer as simulações de allising.vi (distribuído em aula)

Figura: Conversão analógica/digital. Fonte: epeapsSchwanke

Hardware - considerações Antes de você iniciar o desenvolvimento de sua aplicação na

NI-DAQ você terá que configurar seu dispositivo DAQ (device DAQ) o qual pode ser plug-in, cartão PCMCIA ou dispositivos externos.

NI-DAQ necessita da informação de configuração para que consiga programar apropriadamente seu hardware.

Uma vez que os sistemas possuem arquiteturas diferentes, cada um exigirá um procedimento diferente de configuração. Este procedimento assegurará que seu dispositivo DAQ trabalhará adequadamente e coexistirá com outros periféricos em seu sistema tal como portas seriais e paralelas.

Hardware – DAQ driver??

Sem software compatível para controlar/dirigir o hardware, o dispositivo de aquisição de dados não irá funcionar adequadamente.

Driver software forma a camada (meio) entre o software de aplicação (LabVIEW por exemplo ) e seu hardware.

Hardware – dispositivos

MIO – multifunction I/O devices.AI - analog input devices

Dispositivo – Configuração usual

1. Instale seu software (LabVIEW por exemplo). 2. Instale seu NI-DAQ driver software depois: 3. Instale seu dispositivo (DAQ hardware device). 4. Configure seu device utilizando a NI-DAQ

Configuration Utility.

PS: Driver instalado antes do hardware (dispositivo)

Hardware – dispositivo/configuração

O software de driver NI-DAQ que acompanha seu hardware certamente que será a versão mais recente.

Entretanto em alguns casos, o software de aplicação (por exemplo LabVIEW) instalou uma versão anterior de driver de sua DAQ.

Em tais casos, instale a versão mais recente que acompanha seu dispositivo e em seguida instale o software de aplicação (LabVIEW, por exemplo).

Em todos os casos instale o software antes de seu hardware.

Introdução ao LabView

Semana 2 –Revisão –

Assunto a tratar- Sub VI

Introdução ao LabVIEW

REVISÃO – 10 MINUTOS

LabVIEW Básico

Três passos:

1. Familiarizar-se com o ambiente.

2. Familiarizar-se com as funções LabVIEW.

3. Aprender como desenvolver uma aplicação.

1. Ambiente LabVIEWPainel Frontal x Diagrama de Blocos

Ambos lado a lado. Repare que Painel Frontal possui fundo cinza enquanto Diagrama de Blocos branco. Para que a tela apareça neste formato clique em Windows>>Tile Left and Right ou simplesmente Ctrl + T

1.1 – PAINEL FRONTALPaleta de Controle (controls palette)selecione: Windows>>Show Controls Palette

A paleta de controle consiste de ferramentas como indicadores e controles e é utilizada para editar o painel frontal.

• O painel frontal é o rosto do programa

• Contém indicadores (saídas) como por exemplo indicadores numéricos, gráficos e LEDs

• Contém também controles (entradas) como por exemplo botões, interruptores e controles numéricos

• Os controles e indicadores do painel frontal têm uma representação no diagrama de blocos que permite a sua ligação ao programa

• No entanto, só podem ser apagados no painelfrontal

DICA: Por “default”, o painel frontal tem um fundo cinzento

1.1 PAINEL FRONTAL

1.2 – DIAGRAMA DE BLOCOSPaleta de Funçõesselecione: Windows>>Show Functions

Palette

A paleta de funções consiste de ferramentas como indicadores e controles e é utilizada para editar o diagrama de blocos.

1.2 Diagrama de Blocos

• É no diagrama de blocos (Block Diagram) que a programação dos VIs é feita

• Todos os objetos presentes no painel frontal (Front Panel) estão representados no diagrama de blocos

• Os diferentes objetos (controles, indicadores, funções e VIs) são ligados por fios que geram o fluxo de dados e controlam a ordem de execução do programa

• Cada fio só pode ter uma origem (source) mas podem ter diversos destinos (sinks)

DICA: Por ‘’default’’, o fundo do diagrama de blocos é brancoDICA: Para encontrar um objeto no painel frontal (diagrama de blocos), fazer duplo clique sobre a sua representação no diagrama de blocos (painel frontal)

1.6 Paleta de ferramentas (tools palette) _ interage tanto no Painel Frontal quanto no Diagrama de Blocos

selecione: Windows>>Show Tools PaletteUtilizada para editar as VIs. Pressionando a tecla <Tab> altera-se as ferramentas comumente mais utilizadas na janela ativa. Os ícones que compõe esta paleta:

2. Técnicas

Neste tópico algumas técnicas

2.1 Conectando objetos (somente no diagrama de blocos)

Para conectar um terminal a outro selecione o ''conecta objetos'', clique uma vez sobre a saída do primeiro objeto, mova o mouse até a entrada do segundo objeto e clique novamente. A definição para quem é o primeiro e quem é o segundo objeto independe para o funcionamento.Quando o ''conecta objetos'' está sobre um terminal, a área do terminal pisca indicando que o clique liga o fio no terminal. Um exemplo de ligação é mostrado na Figura

Selecionando e apagando fiosPara selecionar um fio escolha a ferramenta ''posiciona objetos'' clique sobre o fio e <delete>.

2.2 Fio tracejado

Um fio tracejado representa uma ligação incompatível. Você pode ter um fio tracejado por uma série de razões, como conectar dois controles, ou uma fonte com saída de dados incompatíveis (por exemplo, gerar dados numéricos e utilizar indicadores booleanos). Para removê-los escolha edit>>remove bad wires ou simplesmente CTRL + B. Não confunda fio tracejado com pontuado. O pontuado representa um dado tipo booleano. Abaixo um exemplo de fio tracejado (indica erro) ao lado de uma ligação pontuada.

2.3 Criar constantes e Indicadores

Para objetos atuando como entradas ou saídas no diagrama de blocos, o LabVIEW possui uma forma de se criar uma constante ou indicador sem a necessidade de utilizar a paleta de funções. Posiciona-se o mouse sobre o terminal que se deseja criar uma constante ou indicador, clica-se, com o botão direito do mouse, sobre este terminal e seleciona create>>control ou create>>constant ou ainda create>>indicator.

2.4 Context Help (ajuda resumida)

O Context Help é uma janela, que se pode abrir no LabVIEW, que fornece um pequeno resumo sobre qualquer objeto do programa. Pode-se abrir o Context Help selecionado Help>>Show Context Help ou através Ctrl+H e posionando o mouse sobre o objeto.

2.5 Executar uma VI

1. Deixar o painel frontal ativo clicando sobre a janela ou escolhendo windows>>show front painel.2. Execute uma VI clicando ''run button'' na barra de ferramentas do painel frontal.

3. Caso deseje executar repetidamente, clique sobre o ''continuous run button''.

2.6 Atente para as CORES

BLUE número inteiro / ORANGE número com ponto flutuanteGreen representa lógica booleanaPurple representa string

2.7 Indicadores/Controles

Somente podem ser deletados no Painel Frontal

2.8 Atente para ESPESSURA

Indicadores têm bordas finas.Controles têm bordas grossas.

Dica 1 – alinhar objetos

Dica 1 – alinhar objetos (cont)

Functions>>Analyze >> Waveform Generation >> Sine Waveform.viDica 2 – Formatação de gráficos

Dica 2 – Formatação de gráficos

Aula 3 - Sub VI

Esta lição mostrará como criar um ícone e terminal de ligações de tal forma que se possa utilizar uma VI como SubVI em outra VI.

Uma SubVI é análoga a uma subrotina em uma linguagem de programação baseada em texto. Utilizar SubVI simplifica o diagrama de blocos e ajuda a gerenciar modificações nas VIs.

A SubVI é uma VI que está sendo utilizada dentro de outra VI. Seu comportamento é semelhante ao de uma função em outras linguagens de programação, ou seja, constrói-se uma SubVI como uma VI, salva-se e depois a chama dentro de uma outra VI.

Detalhe importante é que isto não se aplica a VIs que não possuem nem entradas nem saídas.

Uma VI é considerada uma SubVI pelo simples fato de fazer parte da composição de uma VI na qual ela está inserida. A seguir vamos construir uma SubVI e ver um exemplo de utilização de uma VI como SubVI.

Uma SubVI pode ser alterada normalmente entretanto, ao alterar uma SubVI, todas as VIs que estiverem utilizando esta SubVI serão automaticamente alteradas.

O ponto chave para criar aplicações no LabView é compreender e utilizar da natureza hierárquica de uma VI

Vamos criar uma VI para soma de 3 números.

Ícone

1. Cada VI é representada por um ícone que aparece no canto superior direito do Painel Frontal e Diagrama de Blocos.

2. Por ''default'‘ este ícone indica o número de novas VI você abriu desde que iniciou o LabVIEW. Abra uma nova VI e observe o número indicado.

3. Com o mouse sobre o ícone clique com a direita. Selecione Edit Icon.

Você poderá substituir o ícone “default” pelo seu através de Icon Editor. Clique com a direita sobre o ícone e selecione Edit Icon ou simplesmente sobre o ícone duplo clique com a direita.

Utilize a Select tool para selecionar uma área do ícone para cortar, copiar, mover ou outras variações. Duplo clique em Select tool e <Delete> e apaga o ícone inteiro.

Utilize Rectangle tool para desenhar borda retangular.Duplo clique e a borda será inserida na frame.

Utilize Pencil tool para desenhar dentro do ícone.

Utilize Edit para desfazer, refazer, cortar, copiar e colar.

Utilize Line tool para desenhar linhas retas.

Utilize Foreground/Background tool para mostrar as cores do primeiro e segundo plano. Clique em cada retângulo para mostrar uma paleta de cores as quais você poderá selecionar.

Utilize Fill tool para preencher um contorno de área com a cor do primeiro plano.

Utilize Color Copy tool para copiar a cor de algum elemento do ícone para o primeiro plano.

Utilize Filled Rectangle tool para desenhar um retângulo preenchido com cor de segundo plano e contorno com cor do primeiro plano.

Utilize Text tool para escrever no ícone.

Duplo clique em Text tool para selecionar fonte diferente.

Você poderá criar ícone avulso nos modos monocromático, 16-color e 256-color. LabVIEW utiliza o ícone mono para impressão a menos que você tenha impressora colorida. O modo ‘’default’’ é 256-color. Clique na opção sob copy from para mudar os modos.

Clique OK quando terminar.

O ícone criado será mostrado.

Para utilizar uma VI como subVI você deverá construir uma caixinha de terminais (terminal de ligações). O terminal de ligações é uma série de terminais que definem entradas e saídas da VI. Você deverá associar aos terminais do conector controles e indicadores presentes no Painel Frontal.

A seguir os passos para construção de um terminal de ligações.

Clique com a direita no ícone (no painel frontal) em Show Connector a partir do mini-menu.

Sem conectores não é possível entrar e sair de dados através da VI

O item Show Connector mostrará o símbolo de entradas e saídas.

Existe a liberdade para mudança de padrões de representação.

Você poderá ainda variar o arranjo espacial do padrão escolhido através de Flip Horizontal, Flip Vertical ou Rotate 90.

Cada retângulo representa um terminal. O número de terminais que aparece depende do número de controles e indicadores no painel frontal. Terminais deentrada (controles) aparecem a esquerda, enquanto terminais de saída aparecem aDireita e correspondem aos indicadores.

Terminais.

O máximo números de terminais disponíveis para SubVI é 28. Para evitar criar ícones confusos, tente não associar mais do que 16 terminais em uma VI.

Quando você seleciona a caixa de conectores, o cursor varia para a ferramenta Wiring tool. Utilize Wiring tool para associar terminais a controles e indicadores no painel frontal.

Nota: Quando utilizado com caixa de conectores o Wiring tool não desenha fios entre o terminal e controles/indicadores no Painel Frontal.

Clique no terminal para selecioná-lo.

Clique no Painel Frontal o controle que deseja associar a este terminar.

Borda de seleção é mostrada no controle escolhido.

A caixa de terminais mostra a cor correspondente ao tipo de dado do controle proveniente do painel frontal.

Vamos conectar os restantes.

Para identificar qual controle ou indicador está associado ao determinado terminal, clique no terminal. O controle ou indicador associado mostrará uma borda de seleção.

Para mostrar o ícone correspondente a VI, clique com a direita na caixa de terminais e então clique Show Icon.

Resumo

Uma VI no interior de outra VI é denominado SubVI.

Para utilizar uma VI como SubVI, você deverá necessariamente construir um ícone e terminal de ligações.

Utilize Icon Editor para criar seu próprio ícone.

O terminal de ligações é um conjunto de terminais que correspondem a controles e indicadores no Painel Frontal da VI. Defina a conexão por associar controle ou indicadores do Painel Frontal a conectores da caixa de terminais.

Após construir VI e criar ícone e terminal de ligações, você poderá utilizá-la como subVI.

Será mostrado:- Adicionar uma SubVI no Diagrama de Blocos de outra VI.-Abrir uma subVI a partir de uma VI.-Especificar quais conexões são exigidas, recomendadas ou opcionais.

Para inserir uma subVI no Diagrama de Blocos de uma VI, clique Select a VI na paleta Functions.

Duplo click na VI que você quer utilizar como subVI.

O ícone da VI aparecerá. Posicione no Diagrama de Blocos.

Outra forma de inserir uma subVI consiste dos seguintes passos:

- Abra a VI (que você quer utilizar como subVI)

- Clique com Positioning tool no ícone correspondente

- Arraste-o até o diagrama de outra VI.

Você pode abrir e editar uma subVI.

Qualquer modificação que fizer afetará somente a VI em andamento até que você salve a subVI. Quando salvar as variações afetarão todas as VIs que utilizam esta subVI, não somente a atual.

Para mostrar o Painel Frontal de uma subVI (buscando a VI originária), Clique This VI´s SubVIs no menu Browse, ou simplesmente duplo clique no ícone da SubVI.

Conexões Obrigatórias, Recomendadas ou Opcionais

Para alertar usuários posteriores você pode especificar quais entradas e saídas da VI que você construiu são obrigatórias, recomendadas ou opcionais.

Por ‘’default’’ LabVIEW ajusta entradas e saídas como recomendadas. Especifique um terminal como obrigatório somente se for essencial para rodar. Isto porque quando uma entrada ou saída é obrigatória, a VI não será executada a menos que esteja com ligação correta.

Utilize Context Help para checar exigências de conexões.

Obrigatórias, Recomendadas ou Opcionais

Para mostrar o Diagrama de Blocos pressione <CTRL> e utilize Operating ou Positioning tool para duplo clique no ícone da SubVI.

Libraries - llb Se você fez um programa, e possui algumas subVIs, você poderá

salvá-las em uma biblioteca (library) e assim economizar espaço.

LabVIEW possui uma estrutura de folder para seus arquivos chamada library (*.llb). Quando File >> Save As...

Escolha New VI Library, entre com o nome, VI Library, então salve (*.vi). Para adicionar VIs, apenas clique no ícone da biblioteca que você quer entrar com as novas VIs.

Se você criar uma VI que seja muito importante poderá colocá-la permanentemente na User Libraries folder, e acessá-la facilmente.

Adding VIs and Controls to the User Library and the Instrument Library

The simplest method for adding VIs and controls to the Controls and Functions palettes is to save them in the labview\user.lib directory.

Find the directory on your machine (your path may differ)

When you restart LabVIEW, the Functions>>Express User Libraries and Controls>>Express User Controls palettes contain subpalettes for each directory, VI library (.llb), or menu (.mnu) file in the labview\user.lib directory, and icons for each file in the labview\user.lib directory. After you add files to or remove files from specific directories, LabVIEW automatically updates the palettes when you restart LabVIEW.

"C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 7.1 \user.lib"

Sub VIs - Nota

Duas subVIS com nomes idênticos e funcionalidades diferentes em pastas diferentes. É possível colocá-las no mesmo diagrama de blocos? Resp: NÃO

Solução: renome uma delas.

Treino

Transforme todas os exercicios da aula 1 em sub-VI.

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