Cap.1. INTRODUCERE N INSTRUMENTAIA VIRTUAL

1.1. Introducere

Prin instrumentaia virtual se nelege facilitatea / modalitatea oferit de un computer dotat cu echipamente periferice de intrare / ieire specializate, pentru a modela i simula caracteristicile i funcionarea unui instrument / sistem de msurare, de testare sau de nregistrare a datelor.

La ora actual exist, la nivel mondial, o concuren acerb pentru lansarea pe scar larg a unei game variate de produse noi (din domeniul msurrilor: osciloscoape, multimetre digitale, voltmetre s.a.m.d.), cu calitti superioare celor de pe pia sau cu soluii noi pentru monitorizarea unor procese automatizate. Un utilizator i poate construi un produs virtual destinat unei anumite aplicaii cu caracteristicile dorite. Acest produs l vom denumi n continuare instrument virtual ( Virtual Instruments - VI).

Instrumentaia virtual a devenit inta mai multor medii de lucru specializate. Unul dintre cele mai rspndite i care s-a impus pe plan mondial este LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). Aceste este un mediu de programare bazat pe limbajul de programare grafic G. Firma National Instruments (NI) a introdus n anul 1986 conceptul de instrumentaie virtual i a lansat pe pia prima versiune a mediului LabView. Instrumentul virtual se definete ca: program n LabView care modeleaz forma i funcia unui instrument fizic.

Pentru atingerea scopului dorit, realizarea unui instrument virtual, este necesar o dotare minim - un sistem de calcul i un mediu de programare:

folosind mediul de programare se realizeaz, pentru instrumentul dorit, panoul frontal (interfaa instrumentului) i funcionalitatea sa;

calculatorul devine gazda noului instrument creat de utilizator oferindu-i totodat facilitile clasice: capacitate ridicat de prelucrare, analiz, stocare a informaiilor, conectare la reea, imprimare a datelor etc.

Mediul de programare utilizat pentru modelarea instrumentului virtual, fr corespondent real, permite utilizatorului s-i dezvolte n continuare proceduri proprii de prelucrare a informaiei pe care s le poat utiliza n construirea altor VI.

Limbajele de programare de circulaie extins FORTRAN, PASCAL, C, BASIC .a se bazeaz n construcia unui program prin scrierea unor instruciuni utiliznd textul. Realizarea unui program n aceste medii poate s devin dificil pentru un nceptor n special n perioada de depanare. Grafica este extrem de intuitiv, potenialul graficii fiind susinut prin principalele metode de instruire existente i care i-au dovedit rolul esenial.

Limbajul grafic G inima mediului LabVIEW se bazeaz pe existena unor biblioteci de funcii definite care prin asamblare grafic construiesc n mod intuitiv un program.

Instrumentele virtuale au o structur ierarhic i modular. Un instrument virtual utilizat pentru construcia unui alt instrument virtual poart denumirea de subinstrument virtual (subVI).

1.2. Instrumentaie virtual cu LabView

n modul clasic de lucru pe un sistem de calcul cu mouse, lansarea mediului de lucru se realizeaz fie prin alegerea pictogramei corespunztoare mediului de lucru (fig.1.1) fie prin alegerea succesiv a opiunilor: Start / Programs / National Instruments LabView / LabView ceea ce are ca efect dechiderea meniului de lucru.

Fig. 1.1. Pictograma LabView

n figura 1.2 se prezint meniul de lucru pentru versiunea LabVIEW 5.1 care poate fi regsit cu schimbri nesemnificative i pentru versiunea LabView 6.0.

Fig. 1.2. Meniul principal pentru LabView 5.1

Semnificaiile din meniu sunt urmtoarele:

opiunea - New VI permite crearea unui nou VI iar opiunea Open VI pentru deschiderea unui VI existent;

opiunea - Solution Wizards - lanseaz un utilitar care furnizeaz recomandri n mod interactiv pentru realizarea unei aplicaii de achiziii de date sau instrumente.

opiunea Cautare exemple - Search Examples permite consultarea unui set de exemple, distribuite de firma National Instruments mpreun cu mediul de lucru. Modul de consultare este cel clasic de lucru n sistemul Windows.

opiunea ndrumtor LabVIEW LabVIEW Tutorial lanseaz un program demonstrativ de instruire despre LabVIEW.

pentru prsirea mediului de lucru se apeleaz la opiunea Ieire Exit .

n figura 1.3 se prezint meniul principal pentru versiunea LabView 8.2 care este asemntor cu cel pentru versiunea LabView 7.0. Construirea unui instrument virtual se va lansa n acest caz prin selectarea opiunii New / Blank VI.

Fig. 1.3. Meniul principal pentru LabView 8.2

1.3. Structura unui instrument virtual

Un instrument virtual (VI) are trei componente:

panoul frontal corespunde la interfaa grafic cu utilizatorul sau ceea ce va vedea utilizatorul pe ecranul monitorului. Dac dorim s facem o comparaie a instrumentului virtual cu un instrument fizic, panoul frontal ar corespunde prii frontale a instrumentului fizic pe care exist butoane, chei de comand, afiaj, display etc. Pentru exemplificare n figura 1.4 se prezint panoul frontal al unui instrument virtual pentru vizualizarea legilor de micare a unui element mobil: acceleraie, vitez i spaiu n funcie de timp (fig.1.5). Pentru o lege de micare dat a acceleraiei se poate scrie simplu:

( 1.1)

( 1.2)

Fig. 1.4. Element n micare de rotaie

Fig. 1.5. Panou frontal

Panoul frontal este o combinaie de elemente de control i indicatoare. Elementele de control simuleaz sursele de informaii pentru instrumentul virtual. Indicatoarele simuleaz elementele de ieire i vizualizare pentru informaiile achiziionate. diagrama bloc corespunde codului programului i definete funcionalitatea IV pe baza operatorilor clasici, funciilor .a.m.d. n figura 1.6 se prezint diagrama bloc pentru un element motor n micarea de rotaie, construit pe baza bibliotecii mediului de lucru. Realizarea diagramei bloc se obine prin utilizarea limbajului grafic. Componentele se leag ntre ele prin fire = conductoare definind fluxul datelor din diagam. Dac comparm diagrama bloc cu instrumentul fizic, atunci, coninutul su coincide cu componentele fizice (rezistoare, fire de legtur, circuite logice etc.) din carcasa instrumentului.

Fig. 1.6. Diagram bloc pictograma i conectorul corespund semnturii programului. Pictograma (icon-ul) este identificatorul graphic al VI. Terminalele de intrare i ieire corespund parametrilor de intrare / ieire.

Fig. 1.7. Pictograma (icon-ul) pentru VI-ul corespunztor calculului valorii medii

1.4. Construcia unui instrument virtual

1.4.1. Introducere

La selectarea opiunii New VI din meniul principal (versiunea 5, 6) sau pentru versiunea 8.2 se deschid dou ferestre de lucru suprapuse corespunztoare panoului frontal i respectiv diagramei (fig.1.8).

Bara orizontal cu meniuri conine opiuni implementate n aplicaiile Windows (File, Edit,) i unele specifice mediului LabView.

Pentru un lucru uor cele dou pagini se pot aranja relativ una fa de alta:

Selectnd din bara meniului orizontal Windows / Tile Left and Right cele dou pagini se poziioneaz vizibil pe aceeai orizontal.

Selectnd din bara meniului orizontal Windows / Tile Up and Down cele dou pagini se poziioneaz vizibil pe aceeai vertical;

Selectnd din bara meniului orizonal Windows / Full Size se obine maximizarea paginii de lucru respective. Trecerea n cea de a doua pagin se realizeaz selectnd din nou de ex.: Windows / Show Block Diagram sau Windows / Show Front Panel.

Fig. 1.8. Ferestrele de lucru corespunztoare panoului frontal i diagramei

Prin selectarea unei opiuni din bara orizontal superioar, prin butonul stng al mouse-lui, se deschide un submeniu derulant cu o serie de opiuni dispuse pe verical.

Fig. 1.9. Meniul derulant pentru opiunea File

Modul este specific programelor sub Windows iar opiunile sunt n general clasice. Pentru meniul derulant corespunztor opiunii File (fig.1.9) semnificaiile sunt:

opiunea Fiier File permite utilizatorului realizarea unor operaii de gestionare a fiierelor: lansarea operaiei de creare a unui nou VI (New), deschiderea unui VI existent (Open), nchiderea ferestrei de lucru curente (Close), salvarea modificrilor realizate asupra VI (Save), salvarea VI cu opiune pentru numele fiierului, director etc.(Save As), lansarea n lucru a unui nou proiect (New Project), deschiderea unui proiect existent (Open Project) opiuni de tiprire (Print...) s.a.m.d.

Opiunea de asisten Help este de asemenea specific sistemelor de operare i asigur faciliti de obinere a unor informaii despre elementele de lucru, program de instruire, versiunea mediului de lucru etc.

Opiunile din a doua bar orizontal (pagina panou frontal) sunt specifice LabView (fig.1.10):

a - Run lanseaz n execuie programul de lucru. Programul de lucru este modulul principal al aplicaiei i apeleaz alte VI;

b - Run Continuously - programul este executat continuu;

c - Abort Execution realizeaz oprirea rulrii;

d - Pause realizeaz o oprire temporar a rulrii programului;

e - ...Fontopiuni pentru selectarea fontului de text dorit;

f - Sunt patru opiuni n ordine Align Objects, Distribute Objects, Resize Objects, Reorder care permit alinierea, distribuirea obiectelor selectate n panoul frontal, redimensionarea sau reordonarea acestora.

Fig. 1.10. Opiunile din bara a doua orizontal

Semnificaii asemntoare sunt alocate i n bara orizontal din pagina diagramei VI (fig.1.11). Semnificaiile a - d sunt identice cu cele anterioare iar urmtoarele se refer la:

e Highlight Execution prin selectarea opiunii execuiunea progamului este ncetinit i se vizualizeaz ntregul transfer de date;

f Retain Wire Values reinerea valorilor pentru fluxul de date din firul selectat.

Fig. 1.11. Opiunile din pagina diagramei

Am prezentat n cele anterioare cadrul general n care un utilizator urmeaz s construiasc un intrument virtual. n acest scop, utilizatorul va apela la trei casete:

Caseta cu instrumente Tools Palette care devine vizibil prin selectarea opiunii View / Tools Palette;

Caseta cu controale Controls Palette care devine vizibil prin selectarea n pagina panoului frontal a opiunii View / Controls Palette;

Caseta cu funcii Functions Palette care devine vizibil prin selectarea n pagina diagramei a opiunii View / Functions Palette.

n cazul versiunilor anterioare (5, 6) casetele de lucru se activeaz din opiunea Windows / Controls Palette sau Windows / Functions Palette.

1.4.2. Caseta cu instrumente (Tools Palette)

Caseta cu unelte generale (Tools Palette) cuprinde facilitile folosite de utilizator pentru crearea, editarea sau trasarea execuiei instrumentelor virtuale. n figura 1.12 se prezint imaginea casetei cu instrumente de lucru. Imaginea acesteia i facilitile oferite sunt aceleai pentru versiunile LabView menionate.

Fig. 1.12. Caseta cu instrumente

Pentru a fi activ una dintre facilitile oferite de caset este necesar s fie selectat cu ajutorul mouse-lui. n figura 4.12 este activ facilitatea a2. Semnificaia fiecreia dintre aceste faciliti este urmtoarea:

a1 instrumentul de operare permite manipularea controalelor i indicatoarelor pe panoul frontal;

a2 instrumentul de editare permite selectarea, deplasarea sau redimensionarea obiectelor;

a3 - instrumentul de etichetare permite introducerea textului de la tastatur;

b1 instrumentul interconectare - se folosete n diagrama bloc, pentru a realiza legturile ntre noduri (elementele de execuie) n conformitate cu schema logic de lucru. Firele definesc fluxul datelor;

b2 instrument pentru afiarea meniului aparent - permite deschiderea casetei meniu a obiectului vizat din panoul frontal prin butonul stng al mouse-lui;

b3 instrumentul de defilare - permite defilarea coninutului ecranului, fr a se utiliza barele de defilare ale ferestrei de lucru;

c1 instrumentul de depanare : permite ntreruperea execuiei IV. Se folosete la depanarea programului;

c2 instrument sond (prob) : permite vizualizarea valorii transmise pe un fir de legtur n faza de execuie a programului. Se utilizeaz n general n faza de depanare a programului (fig. 1.13);

Fig. 1.13. Modul de utilizare al sondei c3 instrumentul pentru culoare - permite preluarea culorii obiectului asupra cruia se execut clic cu butonul stnga al mouse-lui;

d instrumentul de colorare: permite stabilirea culorilor pentru prim planul i fundalul obiectelor.

Numele fiecreia dintre faciliti devine vizibil pentru un scurt timp la poziionarea mouse-lui deasupra iconu-lui corespunztor instrumentului.

1.4.3. Caseta cu controale (Controls Palette)

LabView dispune de controale i indicatoare pentru majoritatea categoriilor de date: numerice, ir de caractere, boolean, tabel, tablou, grafic etc. Pentru un anumit tip de date sunt disponibile mai multe variante de controale i indicatoare. Utilizatorul poate s aleag din variantele disponibile pe cea mai sugestiv pentru instrumentul vizat. Afiarea casetei cu controale dac nu este vizibil se poate realiza fie prin selectarea din meniul principal, fie prin poziionarea cursorului mouse-lui n interiorul panoului frontal i click cu butonul drept.

Semnificaia grupului de elemente din caset este indicat prin denumirea fiecrui grup n mod vizibil sub icon-ul caracteristic (fig.1.14). Poziionarea mouse-lui deasupra unuia din grupul de elemente deschide o subcaset cu toate elementele disponibile n grupul respectiv (fig.1.15).

Plasarea elementului selectat pentru construcia VI n panoul frontal se realizeaz prin selectarea din caset i tragerea acestuia cu mouse-ul n zona de lucru i confirmarea poziiei n panoul frontal prin mouse. Plasarea elementului pe suprafaa panoului frontal este nsoit de apariia n diagram a unui corespondent colorat cu o etichet avnd acelai nume cu cel plasat n panoul frontal.

Un element oarecare al acestei casete poate ndeplini n general dou roluri: rol de control adic de prescriere a unei valori sau un rol de indicator adic de vizualizare a unei informaii. Recunoaterea uneia sau a alteia dintre stri este posibil prin urmrirea liniei de contur exterior pentru icon-ul elementului reprezentat n diagram. Elementele de tip control au linia exterioar a conturului groas, iar indicatorul are linia de contur subire.

Fig. 1.14. Caseta de controale (a) i elementele componente din grupul Graph (b)

Fiecrui control / indicator i este ataat un meniu contextual care permite afiarea unor elemente suplimentare, selectarea unui anumit comportament, domeniul valorilor posibile etc.:

Replace permite nlocuirea componentei cu alta dac aceasta este mai convenabil n construcia VI-lui;

Representation permite selectarea formatului numeric: ntreg pe x bii cu semn (Ix), ntreg pe x bii fr semn (Ux), virgul mobil, precizie simpl (SGL), virgul mobil, precizie dubl (DBL), precizie extins (EXT),... ;

Data range permite selectarea valorii iniiale, incrementarea, valoarea minim i maxim, formatul de notare a valorilor numerice, textul etichetei;

Format & Precision permite selectarea modului de notare a valorilor numerice;

Scale permite selectarea formatului, a preciziei, grafica scalei, tipului scalei (liniar, logaritmic).

Din acest meniu este posibil trecerea elementului din modul de lucru control n modul de lucru indicator i invers. Pentru aceasta se selecteaz opiunea Change to...(fig.1.15).

Fig. 1.15. Controlul i meniul contextual corespunztor

Un clic cu butonul drept, pe scala ataat graficii obiectului, deschide meniul contextual de aceeai configuraie pentru toate controalele i indicatoarele de tip numeric (fig.1.16).

Fig. 1.16. Selectarea graficii pentru scal

n exemplul din figura 1.16 pentru opiunea Style se pot modifica formele de prezentare ale scalei.

La alegerea opiunii pentru format & precizie Format & Precision se poate stabili formatul de lucru pentru scala prezentat i numrul de zecimale n prezentare.

Fig. 1.17. Formatul de lucru

Se prezint n figura1.18 formatul liniar al scalei pentru notaia cu virgul mobil (VAR 1), notaia tiinific (VAR 2), notaia n inginerie (VAR 3), n format SI (VAR 4), cu trei zecimale i valoarea maxim diferit (VAR 5) i respectiv formatul logaritmic (VAR 6).

Fig. 1.18. Formatul i forme de notare

n figura1.19 se prezint modul de stabilire a domeniului valorilor posibile pentru un control. Exist posibilitatea alegerii unui increment implicit (se selecteaz Use Defaults) sau a unuia impus de utilizator.

Fig. 1.19. Selectarea valorii de incrementare pentru un control

Formatul de reprezentare a datelor numerice confer precizia de operare. n figura 1.20 se prezint aceste influene n modul de adunare a dou numere A i B. Rezultatul adunrii este redat de un indicator cu dou forme de reprezentare: ntreg fr semn (32 bit) (I32) i respectiv real, dubl precizie (64 bit) (DBL).

Fig. 1.20. Influena formatului de prezentare numeric n precizia de operare

EMBED Word.Picture.8

EMBED Word.Picture.8

_1259937632.unknown

_1259937963.unknown

_1247754492.doc

EMBED Word.Picture.8

b)

_1247754362.doc

_1259937604.unknown

_1247754474.doc

EMBED Word.Picture.8

a)

_1247754258.doc