SIG50 Signalbehandling

LabVIEW-kurs

Referanselitteratur for kurset: Lær LabVIEW.

Dette webdokumentet bør leses i Internet Explorer eller de nyligste versjonene av Netscape og Opera.

Kursets mål

Dere skal i løpet av dette LabVIEW-kurset bli i stand til å utvikle VI'er (Virtual Instruments, som er betegnelsen på brukerutviklede LabVIEW-programmer) for bl.a. generering av signaler og filtrering, lagring og presentasjon av signaler. (Kopling av VI mot fysisk prosess undervises ifm. senere lab-oppgaver.)

Undervisningsopplegg

Forelesning/demonstrasjon på storskjerm etterfulgt av praktisk arbeid på PC. Dette gjøres for hvert emne.

Oppstart av LabVIEW

[Kap. 2.1, 2.2]

Vi starter LabVIEW via Start-knappen på PC'ens skriverbord og gjør oss litt kjent med knappene på LabVIEWs oppstartsvindu.

Åpne og kjøre en VI

[Kap. 2.4]

Vi kjører VI'en Search Examples / Demonstrations / Analysis Demonstrations / Temperature System Demo.vi.

Hvordan er VI'er laget?

[Kap. 2.3]

Vi studerer Temperature System Demo.vi.

Noen eksempler på hva LabVIEW kan brukes til

• Vi kjører noen innebygde demo'er (i oppstartsvinduet: Search Examples eller i menylinja: Help / Examples)

  • Fundamentals / Analysis / Mathematics / Statistics / Running Histogram
  • Fundamentals / Analysis / Mathematics / Linear Algebra / Linear Algebra Calculator
  • Measurements Examples / Digital Filtering / FIR Filters
• Vi ser raskt på Solutions på NIs webside (http://ni.com)
• SYSLAB (http://www.techteach.no/syslab) er et virtuelt laboratorium utviklet i LabVIEW.

LabVIEW Tutorial

Vi tar en kikk (fra oppstartsvinduet: LabVIEW Tutorial, eller fra menylinja: Help / Contents and Index / Tutorial).

Brukergrensesnittet i LabVIEW

Menylinja og verktøylinja

Vi tar en kikk!

Programmeringsverktøy

Vi har oppe den siste demonstrasjons-VI'en (se ovenfor).

Hver VI har et 

• frontpanel (Window / Show Panel) og et tilhørende 
• diagram (Window / Show Diagram).

Paletter som benyttes under programmeringen:

• Tools palette (Window / Show Tools palette)
• Controls palette (Window / Show Control palette) - kun for frontpanelet
• Functions palette (Window / Show Functions palette) - kun for diagrammet

Vi lager vår første VI

[Kap. 3]

Vi skal lage en VI som skal implementere følgende funksjonssammenheng mellom inngangssignalet u og utgangssignalet y:

y = K*u + b

der

• u og b skal justeres fra frontpanelet med en vertikal skyver
• K skal justeres fra frontpanelet med en skruknapp (pot-meter)
• y skal
  • vises med en viser
  • vises i et tallfelt

(Vi skal lage forsterker.vi.)

Vi skal teste VI'en ved å kjøre den kontinuerlig (Run Continuously-knappen i LabVIEWs verktøylinje).

Deretter ser vi på følgende emner som er viktige ved all LabVIEW-programmering:

Hvordan finne sammenhørende elementer på frontpanel og i diagram? Høyreklikk / Find Terminal.

Hvordan manipulere elementer på frontpanelet og i diagrammet (flytte, kopiere, slette, forstørre og forminske, fargelegge).

Hvordan finposisjonere elementer på frontpanelet og i diagrammet vha. piltastene?

Hvordan distribuere elementer på frontpanelet og i diagrammet f.eks. slik at elementene blir venstrejustert mot en tenkt felles venstre kantlinje.

Hvordan skrive vilkårlig tekst på frontpanelet og i diagrammet?

Hvordan konfigurere elementene:

• Vise tallfelt (digital display) for grafisk element: Høyreklikk / Visible items / Digital display
• Definere navn (label) for element: Høyreklikk / Visible items / Label
• Definere elementbeskrivelse (caption) for element: Høyreklikk / Visible items / Caption
• Definere forhåndsverdi (Default value) for et enkelt element: Høyreklikk / Data operations / Make current value default. operate
• Definere forhåndsverdi (Default value) for alle elementene på frontpanelet: Menyvalg: Operate / Make current values default.
• Fargelegge elementet: Velg Set Color-knappen i Tools Palette / Høyreklikk på elementet
• Endre inkrementet på et tallfelt (Digital Display): Høyreklikk på elementet / Data Range / Increment
• Erstatte elementet med et annet: Høyreklikk / Replace / Velg nytt element fra Controls Palette

Feilsøking

Feil kan være

• programfeil, som LabVIEW elegant selv detekterer.
• funksjonsfeil, som vi kan finne med
  • prober
  • trinnvis eksekvering

Hjelp

Høyreklikk på et element på frontpanelet eller i blokkdiagrammet og velg Help.

Eller søk i dokumentasjonen som følger med LabVIEW via menyvalget Help osv.

Datatyper i LabVIEW

[Kap. 4]

LabVIEW har en rekke forskjellige datatyper:

• Flyttall
• Heltall
• Logiske (boolske) data
• Tekst
• Clustere (som er en samling av data av vilkårlig type)

Disse datatypene kan benyttes 

• på frontpanelet (legges der inn via Controls Palette), som controls eller indikatorer
• i diagrammet (legges der inn via Functions Palette), som 
  • terminaler (eller variable)
  • konstanter

Vi ser på datatyper.vi.

Arrays

[Kap. 4]

Elementene i et array kan inneholde nesten hvilken som helst datatype (bare ikke array).

Legges inn på frontpanelet slik:

Controls Palette / Array & Cluster

Et array kan ha dimensjon større enn 1.

En array-konstant kan legges inn i diagrammet:

Functions Palette / Array 

Vi ser på array.vi

LabVIEW har mange funksjoner som opererer på arrays. Disse funksjonene er tilgjengelige via

Functions Palette / Array 

Vi blir kjent med disse funksjonene etterhvert.

Formel-node

[Kap. 5]

Formel-noden (Formula Node) er et formelvindu i VI'ens blokkdiagram der vi kan skrive matematiske uttrykk. Meget praktisk alternativ til å legge inn uttrykkene grafisk - spesielt ved innholdsrike eller kompliserte matematiske uttrykk.

Formel-noden legges inn slik:

Functions Palette / Structures / Formula node.

Innganger til og utganger fra formel-noden opprettes ved å høyreklikke på formel-nodens kantlinje.

Husk at hver intern utgangsvariabel i uttrykkene i formelnoden må ha en utgangsterminal på formelnoden!

Vi lager formelnode.vi.

VI'er som skal gå kontinuerlig realisert med while-løkke

[Kap. 8]

Spesifikasjoner:

Vi lager while.vi.

• VI'en skal kjøres kontinuerlig med et fast tidsskritt, som skal kunne justeres fra frontpanelet. Dette realiseres med en While-løkke (Functions Palette / Structures) m/wait-funksjon (Functions palette / Time and Dialog / Wait).
• VI'en skal kunne stoppes med en stoppknapp, som er tilgjengelig via Functions Palette / Boolean
• Tiden skal indikeres på frontpanelet: Lages som tidsskritt multiplisert med løkkeindeksen (som er tilgjengelig fra den blå I-terminalen nede til venstre i while-løkka).

Plotting i diagram

[Kap. 9]

Diagrammer legges inn på frontpanelet via 

Controls Palette / Graph

Det er en rekke ulike diagramtyper tilgjengelige. De viktigste:

• Chart er diagram med løpende oppdatering (Chart), som i et Y(t)-plott.
• Graph er diagram som plotter eksisterende dataserier, som i et XY-plott. (Den variabelen som skal plottes, må føres til while-løkkas kantlinje hvilket oppretter et termineringspunkt på kantlinja for variabelen. På dette termineringspunktet må du høyreklikke og velge Enable Indexing, hvilket medfører at det lages et array (tidsserie) mens while-løkka kjøres. Termineringspunktet skal så forbindes til diagrammets terminal.)

Vi lager plott.vi.

Noen spesialiteter:

• Oppdateringsmåten kan velges via Høyreklikk på diagrammet / Advanced / Update Mode.
• Grid: Høyreklikk på diagrammet / X-Scale / Formatting
• Diagrambeskrivelse: Høyreklikk / Visible Items / Plot Legend
• Farge, tykkelse, linjetype m.m. for selve plottelinja (høyreklikk på diagrambeskrivelsen (legend))

Skiftregister. Realisering av dynamisk system

[Kap. 16.2, 16.3]

Et skiftregister benyttes for å huske tidligere sampelverdier av en variabel.

Med while-løkke med skiftregister kan du realisere

• Sanntids filtere
• Sanntids simulatorer
• Regulatorer

Du kan legge inn et skiftregister i en while-løkke (og i en for-løkke):

Høyreklikk på løkke-ramma / Add shift register

Vi lager lavpassfilter.vi, som realiserer følgende filteralgoritme:

y(i) = a*y(i-1) + (1-a)*u(i)

y er filterutgangen og u er filterinngangen. a er filterparameteren. Filteret skal utføre sanntids filtrering, dvs. filtrere det sist tilgjengelige målesignalet, u(i). 

Krav til innhold i VI'en:

• a skal kunne justeres via en skruknapp (potmeter) fra frontpanelet.
• u skal kunne justeres via en skyver fra frontpanelet.
• u og y skal plottes i ett og samme Y-t-plott (chart).
• Tiden skal vises på frontpanelet.
• Samplingsintervallet skal kunne justeres i trinn på 0,1 sek fra frontpanelet.
• VI'en skal kunne stoppes via en stoppknapp på frontpanelet.

Et annet eksempel på dynamisk system realisert med while-løkke og skiftregister er tanksimulator.vi.

Cluster

[Kap. 7]

Er en samling av mange (gjerne ulike typer) variable i én ny variabel.

Opprettes på frontpanelet:

Controls Palette / Array and Cluster

Vi lager cluster.vi

Sub-VI

[Kap. 6]

En sub-VI er som en subrutine inne i en VI.

Du lager en sub-VI som en vanlig VI, men med terminaler, som editeres ved å høyreklikke på ikonet oppe til høyre i VI'en.

Vi lager hoved_vi.vi med forsterker_subvi.vi som subVI.

Inkludere en sub-VI i diagrammet:

Functions palette / Select a VI

Viktig: Dersom du skal benytte flere kopier av sub-VI'en i en og samme (hoved)VI, må du angi sub-VI'en som reentrant. Dette gjøres slik:

Høyreklikk (på VI'ens ikon oppe til høyre i sub-VI'ens frontpanel) / VI Properties / Category / Execution

Ovenfor laget vi subVI'en manuelt. Du kan lage den automatisk også! Vi prøver.

Lagre som llb-fil (LabVIEW library)

[Kap. 3.7]

Du kan lagrer et VI-hierarki (hoved-VI med sub-VI'er) i et "arkiv", som blir én fil. Dette arkivet kalles LabVIEW library.

Llb lagres via Save with options / Development distribution.

Egenskapsnode (property node)

[Kap. 10]

Egenskapsnode lages via 

Høyreklikk / Property Node

Vi skal lage egenskap.vi.

Lokale variable

[Kap. 12.1]

En lokal variabel er en "kopi" av en variabel (terminal). Den lokale variabelen kan benyttes hvor som helst internt i den aktuelle VI'en.

Lokale variable kan både leses og skrives.

Lokale variable legges inn i diagrammet slik:

Functions Palette / Structures / Local

Vi lager lokal.vi

Globale variable

[Kap. 12.2]

En global variabel er funksjonelt sett lik en lokal variabel, men den globale variabelen er tilgjengelig for alle andre VI'er.

En global variabel inkluderes i en VI på samme måte som en vanlig sub-VI inkluderes.

Globale variable opprettes i et diagram slik:

Functions Palette / Structures / Global

Vi lager skriv_til_global.vi og les_fra_global.vi og global1.vi.

For-løkke

[Kap. 13]

En For-løkke er i prinsippet nokså lik en While-løkke, men en For-løkke gjennomløpes et forhåndsbestemt antall ganger.

For-løkka legges inn i diagrammet slik:

Functions Palette / Structures / For Loop

Vi laster ned og kjører forlokke.vi.

Case-struktur

[Kap. 13]

Case-strukturen gir mulighet for at bestemte programdeler skal utføres avhengig av verdien av en velgervariabel ("selektor").

For-løkka legges inn i diagrammet slik:

Functions Palette / Structures / Case

Vi laster ned og kjører case.vi.

Sekvensstruktur

[Kap. 13]

Med sekvensstrukturen (sequence) kan du spille av programdeler i en bestemt sekvens (rekkefølge).

For-løkka legges inn i diagrammet slik:

Functions Palette / Structures / Sequence

Vi laster ned og kjører sekvens.vi.

Grafikk på frontpanelet

Du kan legge inn grafikk(objekter) fra andre tegne- eller bildeprogrammer slik:

• Lagre grafikkobjektet som wmf- fil eller bmp-fil.
• Menyvalg (i LabVIEW): Edit / Import picture
• manyvalg: Edit / Paste 

Eksempel: http://www.techteach.no/syslab/nivaaregulering_flistank/nivaaregulering_flistank.exe

En wmf-fil

Skrive data til fil

[Kap. 19.2]

Du kan skrive en dataserie (array) til fil vha. en innebygd VI, som legges inn i diagrammet. VI'en er tilgjengelig slik:

Functions Palette / File I/O / Write to spreadsheet file

Denne VI'en legges utenfor while-løkka.

Du kan også skrive data til fil fortløpende vha. 

Functions Palette / File I/O / Write character to  file

Denne VI'en legges innenfor while-løkka.

Vi lager fil_lagring.vi med utgangspunkt i formelnode.vi.

Lese data fra fil

[Kap. 19.3]

Du kan lese en dataserie fra fil vha. en innebygd VI, som legges inn i diagrammet. VI'en er tilgjengelig slik:

Functions Palette / File I/O / Read from spreadsheet file

Denne VI'en legges utenfor while-løkka.

Du kan også lese data fortløpende fra fil vha. 

Functions Palette / File I/O / Read character from  file

Denne VI'en legges innenfor while-løkka.

Vi lager fil_lesing.vi.

Strukturering av sammensatte VI'er for styring og overvåking

[Kap. 17]

Vi studerer og prøver pid_regulering.vi i pid_regulering.llb.

Dokumentasjon av VI

[Kap. 11]

Du kan legge inn en beskrivelse av de enkelte elementene (for dokumentasjon): Høyreklikk / Description. For å få vist beskrivelsen (i et lite vindu): Menyvalg Help / Context Help.

Du kan lage et Html-dokument (eller Rtf- eller vanlig tekstdokument) som dokumentasjon av VI'en: Menyvalg: Print / Documentation. Det gir bl.a. muligheten til å lage et Html-dokument.

Matlab-node

Matlab-noden er et vindu mot Matlab. (Matlab-noden likner mye på formelnoden.) Du kan skrive Matlab-uttrykk i Matlab-noden, som om du jobbet på Matlabs kommandolinje.

Matlab-noden legges inn i diagrammet slik:

Funtions Palette / Analyze / Mathematics / Matlab node

Webressurser for LabVIEW og NI

• National Instruments' websted internasjonalt Vi ser spesielt på 
  • produktkatalogen
  • developer's zone / resource library / application notes

  og i Norge.

• Nyhetsgrupper (via Google Groups)

Hva vi skal gjennomgå senere i faget

• I/O mot fysisk prosess vha. National Instruments' FieldPoint-system for distribuert I/O
• Bruk av LabVIEW-funksjoner for signalbehandling

11.1 2002, Finn Haugen (e-postadresse: finn@techteach.no).