Misure industriali con labview®

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Misure industriali con labview

• Labview I
• Introduzione a LabView e
• Fondamenti del DataFlow

2
Introduzione a LabView

• LabView è una piattaforma specificatamente
  pensata per sviluppare sistemi di acquisizione,
  analisi e trattamento dati.
• I programmi in LabView sono definitiVirtual
  Instruments o VI in quanto simulano il
  comportamento di strumenti fisici reali.

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Introduzione a LabView

• Ogni VI è composto da tre elementi
• pannello frontale
• schema a blocchi
• icona dei connettori.
• Ogni operazione viene svolta graficamente in modo
  da semplificare lo sviluppo e luso
  dellapplicazione.

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Il Pannello Frontale

• Il pannello frontale è lINTERFACCIA che il VI
  presenta allutente finale
• Deve contenere tutti i controlli necessari per
  interagire con il VI.
• Ogni dato da visualizzare allutente deve essere
  riportato qui.

5
Il Pannello Frontale

• tutti gli elementi del pannello frontale sono
• CONTROLLI, cioè oggetti a cui lutente può
  fornire dati
• oppure
• INDICATORI, cioè oggetti da cui lutente può
  ottenere dati

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Lo Schema a Blocchi

• Contiene le controparti di tutti gli elementi
  presenti nel pannello frontale.
• Deve contenere i connettori e gli operatori
  necessari a definire come trattare il flusso di
  dati

7
Lo Schema a Blocchi
costante
operatore

• Oltre ai CONTROLLI ed agli INDICATORI sullo
  schema a blocchi troviamo anche
• COSTANTI, cioè fonti di dati non definibili
  dallutente
• OPERATORI, in grado di svolgere operazioni sulle
  linee di dati

operatore
costante
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Icona dei Connettori

• Ogni VI può essere a sua volta incluso in un
  altro VI come un subVI.
• Ogni operatore dello schema a blocchi è in realtà
  un subVI
• Licona dei connettori definisce input ed output
  di ogni subVI
• Un subVI espone la sua icona dei connettori al
  posto del pannello frontale

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Esercizio 001

• prova tu
• Uso del pannello controlli e del pannello tools
• Suddivisione in tipi di dato
• Distinzione controlli/indicatori
• Riprodurre il pannello frontale mostrato di
  seguito preoccupandosi per ora unicamente
  dellaspetto grafico
• Verificare di aver creato 7 controlli e 3
  indicatori
• NB-la barra verticale, slide è un
  controllo-tralasciare lo sfondo azzurro è solo
  indicativo

10
Esercizio 001
11
Lavorare in DataFlow

• Il DataFlow specifica il PERCORSO che i dati
  devono compiere ma NON LORDINE con cui le
  singole operazioni vanno eseguite
• In LabView i dati sono rappresentati da delle
  linee che connettono la loro sorgente ad
  operatori ed indicatori.
• Ogni tipo di dato è rappresentato da un diverso
  colore, utilizzato sia per le linee che per i
  connettori dei subVI
• Una linea di spessore marcato indica un array od
  una matrice, mentre una linea sottile indica un
  valore scalare

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Tipi di Dati

• LabView è basato sulla gestione del flusso di
  dati, quindi il loro tipo è fondamentale
• LabView gestisce un gran numero di tipi di dati
  diversi, suddivisi per categorie
• Dati di categorie diverse non possono interagire
  direttamente
• Tipi di dati diversi ma della stessa categoria
  possono interagire direttamente

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Tipi di Dati

• Numerici (Interi, Decimali, Virgola Mobile, Date)
• Booleani
• Stringhe (Stringhe e Percorsi)
• Aggregati (Array, Matrici e Cluster)
• Forme dOnda
• Dati Dinamici (Segnali ed Errori)
• Enumeratori

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Modalità Debug

• È utile per visualizzare il flusso di dati nel
  diagramma a blocchi
• Rallenta lesecuzione del VI e quindi non va
  usato se non necessario
• Permette di inserire delle sonde (probe) per
  visualizzare il valore del dato in un determinato
  punto del flusso

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Esercizio 002

• prova tu
• Simmetria tra front panel e block diagram
• Distinzione tipi di dato e flussi
• Convenzione di verso per il flusso
• Help contestuale
• Convertire in indicatore il controllo slide
• Aggiungere dal block diagram due indicatori di
  tipo boolean
• Sfruttando la palette NUMERIC sommare al
  controllo ampiezza un numero casuale tra 0 e 1
• Dividere il valore della fase per 180 e
  moltiplicarlo per p
• Collegare ad ogni INDICATORE presente un
  controllo del tipo corrispondente

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Strutture Fondamentali

• Le strutture principali sono le medesime dei
  linguaggi di programmazione usualiWHILE, FOR e
  CASE
• I dati entrano ed escono dalle strutture tramite
  TUNNEL letti solo allavvio (ingresso) od alla
  fine (uscita) della struttura
• Ogni VI che interagisca con un utente richiede un
  ciclo WHILE principale che racchiuda ogni altro
  elemento e si interrompa tramite un controllo
  STOP per consentire allutente di interagire

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Strutture Fondamentali

• Sia i cicli iterativi (for, while) che i blocchi
  alternativi (case, conditional) possono essere
  visti come porzioni autonome di block diagram, in
  cui i dati viaggiano grazie ad ingressi ed uscite
  chiamati TUNNEL
• È bene mantenere la convenzione di
  flussoingressi a sinistra ed uscite a destra,
  in modo da leggere il flusso di dati da sinistra
  a destra

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Ciclo WHILE

• Quello che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto finchè la condizione di stop (dato
  booleano) è FALSE
• Ogni VI che interagisce con lutente deve
  prevedere un ciclo WHILE generale con una
  condizione di STOP collegata ad un pulsante e
  contenere un operatore WAIT per evitare di
  saturare il processore

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Esercizio 003

• prova tu
• Ciclo WHILE generale con interruttore e WAIT
• Uso delloperatore SELECT
• Mechanical action
• Riprendere lesercizio 002
• Racchiudere lintero front panel in un blocco
  WHILE con un operatore WAIT ms multiple a 500 ms
  che si interrompa alla pressione di STOP
• Sfruttando loperatore di confronto SELECT fare
  in modo che la fase venga visualizzata in gradi
  se linterruttore è off, in radianti se on
• Impostare la mechanical action di START su LATCH
  e quella dellinterruttore su SWITCH, quindi
  provare ad invertirle

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Ciclo FOR

• Quel che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto N volte lindice i va da 0 a N-1
• Se un tunnel in ingresso trasporta un dato di
  tipo ARRAY allinterno del ciclo automaticamente
  avremo lelemento i-esimo dellarray (indexing),
  viceversa in uscita possiamo scegliere di creare
  un array partendo dalla successione di dati

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Esercizio 004

• prova tu
• FOR con contatore
• Debug e sonde
• Creare un nuovo VI in cui riprodurre il block
  diagram riportato nella slide precedente
• Per ora disattivare la funzione di autoindexing
  (verrà illustrata in seguito)
• Eseguire il VI in modalità debug

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Struttura CASE

• Esegue solo ciò che è allinterno del riquadro
  corrispondente al dato cui è collegata la sua
  condizione.

Il menu delle opzioni disponibili si adatta
automaticamente al tipo di dato collegato alla
condizione.
23
Esercizio 005

• prova tu
• Differenze tra CHART e GRAPH
• Struttura While, Case e For
• Creare un blocco while di interazione con
  lutente (500ms)
• Creare un interruttore (switch) GENERATE RANDOM
  NUMBERS
• Creare sia un indicatore CHART che GRAPH
• Creare un controllo numerico MAX con valori tra 0
  e 1000
• Sfruttando opportunamente un blocco CASE ed un
  blocco FOR fare in modo che su entrambi gli
  indicatori (Chart e Graph) vengano visualizzati
  100 numeri casuali compresi tra 0 e MAX, a che la
  generazione dei numeri avvenga solamente in caso
  di pressione dellinterruttore GENERATE RANDOM
  NUMBERS

24
Esercizio 005
25

• Elaborato 01

• Prendere confidenza con i controlli del pannello
  frontale
• Capire la distinzione tra booleani LATCH e SWITCH
• Capire la distinzione tra Graph e Chart
• Iniziare a tracciare i valori tramite sonde e
  ricorrendo alla modalità debug
• Rappresentazione e formato dati
• Tunnel incompleti e completi
• Creazione automatica di costanti, indicatori e
  controlli

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Misure industriali con labview

• Labview II
• Array e Cluster
• Shift Register
• Forme dOnda

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Riepilogo delle strutture

• Finora abbiamo visto le tre strutture di
  controllo base WHILE, CASE e FOR
• Queste strutture possono svolgere funzioni
  complesse e molto utili, in modo da semplificare
  il lavoro quando si tratta di dati strutturati

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Ciclo WHILE

• Quello che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto finchè la condizione di stop (dato
  booleano) è FALSE
• Ogni VI che interagisce con lutente deve
  prevedere un ciclo WHILE generale con una
  condizione di STOP collegata ad un pulsante e
  contenere un operatore WAIT per evitare di
  saturare il processore

29
Struttura CASE

• Esegue solo ciò che è allinterno del riquadro
  corrispondente al dato cui è collegata la sua
  condizione.

Il menu delle opzioni disponibili si adatta
automaticamente al tipo di dato collegato alla
condizione.
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Ciclo FOR

• Quel che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto N volte lindice i va da 0 a N-1
• Se un tunnel in ingresso trasporta un dato di
  tipo ARRAY allinterno del ciclo automaticamente
  avremo lelemento i-esimo dellarray (indexing)

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Shift Register

• Spesso è utile passare dei dati tra uniterazione
  e la successiva allinterno di un ciclo per
  farlo faccio ricorso ad uno SHIFT REGISTER
• A differenza di un tunnel lo shift register viene
  scritto e letto ad ogni iterazione
• È molto comodo per creare cumulate o sequenze di
  dati in congiunzione con loperatore BUILD ARRAY

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Esercizio 006

• prova tu
• Shift register come memoria
• Riprendere lesercizio 005
• Sfruttando uno shift register visualizzare in un
  nuovo controllo la differenza tra il valore di
  MAX attuale e quello precedente
• Calcolare e visualizzare min, max, media e
  deviazione standard dellultimo set di campioni
  generati alla pressione di un pulsante boolean
  CALCOLA (ma NON durante la generazione)

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Array e Matrici

• Gli ARRAY sono strutture ordinate in una o due
  dimensioni contenenti un unico tipo di dato se
  numerici possiamo vederli come vettori
  (monodimensionali) o come matrici
  (bidimensionali)
• Per creare un array partendo dai valori
  elementari esiste BUILD ARRAY, per linverso si
  sfrutta INDEX ARRAY
• In LabView gli array sono dinamici, quindi non
  hanno un numero fisso di elementi, ma possono
  essere ampliati con laggiunta di altri elementi
  tramite la funzione BUILD ARRAY
• Gli array possono contenere qualsiasi tipo di
  dato gestito da LabView, persino altri array, ma,
  a differenza dei cluster, non possono contenere
  elementi di tipi diversi
• Tutti gli array in LabView partono dallelemento
  di indice 0

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Esercizio 007

• prova tu
• autoindexing
• Riprendere lesercizio 006
• Sfruttando un build array ed uno shift register
  visualizzare min, max, media e deviazione
  standard anche di TUTTI I SET di dati generati
  dallavvio del vi.

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Cluster

• I CLUSTER sono aggregati, non necessariamente
  omogenei, di dati diversi.
• Per creare un cluster partendo dai dati
  elementari sfruttiamo loperatore BUNDLE, per
  ottenere i dati elementari dal cluster si ricorre
  a UNBUNDLE
• Un cluster può anche definire delle etichette per
  i dati, ad esempio il tipo di dato ERRORE è un
  cluster contenente un booleano STATUS ed un
  intero ERROR CODE) sfruttiamo le funzioni BY
  NAME
• Un array può essere sempre convertito in cluster,
  ma non sempre è possibile linverso

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Esercizio 008

• prova tu
• Cluster ed operazioni su cluster
• Riprendere lesercizio 007
• Alleggerire il ricorso alla memoria memorizzando
  e visualizzando le informazioni di max,min, media
  e dev.st solo sotto forma di cluster(per
  facilitare il calcolo aggiungere al cluster anche
  linformazione del numero di campioni da cui i
  dati derivano)
• Mantenere in memoria solo i dati dellultima
  generazione di dati
• Visualizzare sia lultimo set di dati che lo
  storico temporale
• eliminare il pulsante calcola e fare in modo che
  si avvii automaticamente al termine della
  generazione di numeri

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WaveForms Signals

• Oltre ai dati classici già presentati esistono
  alcuni tipi di dati particolari dedicati a
  generare, rappresentare ed analizzare forme
  donda
• Un tipo di dato fondamentale è il waveform, per
  il quale esistono una serie di VI ed operatori
  già definiti
• Molti indicatori od operatori sono POLIMORFICI e
  si adattano al tipo di dato che viene collegato,
  waveform e signals compresi
• Questi tipi di dati sfruttano un set di VI
  autonomi per lettura e scrittura su file

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Esercizio 009

• prova tu
• Riprendere lesercizio 008
• Sfruttando gli operatori per la costruzione di
  waveform aggiungere ai dati generati casualmente
  linformazione della frequenza di campionamento
  impostabile tramite un controllore numerico letto
  in avvio.
• Impostare come istante di inizio della waveform
  lora attuale tramite gli operatori TIME/DATE

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Esercizio 010

• prova tu
• Mantenere il block diagram ordinato!
• Riprendere lesercizio 009
• Sostituire alloperatore di costruzione delle
  waveform un operatore specifico di generazione di
  waveform a rumore bianco
• Sommare alla waveform a rumore bianco una
  sinusoidale generata secondo gli stessi
  parametri, di cui siano impostabili frequenza e
  ampiezza
• Fare in modo che siano sommabili N sinusoidi

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LabView EXPRESS

• I componenti express consentono di sviluppare
  rapidamente applicazioni di analisi ed
  interpretazione misure
• Sono VI polimorfici con un apposito wizard di
  configurazione
• Spesso richiedono di riavviare il VI per poter
  funzionare correttamente (son progettati per un
  VI monouso)

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Esercizio 011

• prova tu
• Componenti express
• Riprendere lesercitazion 010
• Sfruttando un operatore EXPRESS visualizzare su
  di un grafico a parte la componente in ampiezza
  della FFT del segnale generato
• Fare in modo che lFFT visualizzata sia il
  risultato di una media di N generazioni
• In caso di errore visualizzarlo allutente ed
  interrompere lesecuzione del programma

42

• Elaborato 02

• Prendere confidenza con i vari tipi di strutture
  di controllo
• Capire la distinzione tra TUNNEL, SHIFT REGISTER
  ed INDEX
• Controlli e operatori waveform
• Controlli express per lanalisi modale

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Misure industriali con labview

• Labview III
• Lettura e scrittura da file

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Leggere Dati da File

• Esistono vari tipi di file che LabView può
  leggere, sia nativamente che interpretando
  stringhe formattate

• I più comuni sono i file SPREADSHEET, file ASCII
  che rappresentano numeri a virgola mobile
  separati in righe e colonne da tabulatori od
  altro, ad esempio i CSV, separati da e
  facilmente leggibili in EXCEL
• Unalternativa sono FILE DI TESTO, file ASCII che
  riportano solo array di stringhe (una per riga),
  ma che richiedono una conversione tramite parsing
• I FILE BINARI scritti da LabView sono di lettura
  immediata e riproducono esattamente i valori
  salvati senza bisogno di alcuna conversione.
• I DATALOG possono essere letti direttamente senza
  conversione, prestando però attenzione alla
  sequenzialità con cui sono stati salvati in
  origine

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Salvare Dati su File

• Esistono vari tipi di file che LabView può
  scrivere, da utilizzare a seconda del dato che si
  vuole salvare

• I più comuni sono i file SPREADSHEET, file ASCII
  che rappresentano numeri a virgola mobile
  separati in righe e colonne da tabulatori od
  altro
• Unalternativa sono FILE DI TESTO, file ASCII che
  riportano solo array di stringhe (una per riga)
• I FILE BINARI rappresentano qualsiasi tipo di
  dato, ma sono leggibili solo da LabView
• I DATALOG sono file binari ad accesso rapido,
  utili per tracciare landamento di valori nel
  corso dellesecuzione del programma

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Componenti EXPRESS

• Esistono anche funzioni ExpressVI per la lettura
  e la scrittura di forme donda e di vari dati
  dinamici
• Questi file sono chiamati MEASUREMENT FILES e
  possono essere sia binari che testuali
• Luso di questi ExpressVI permette di configurare
  rapidamente un gran numero di opzioni di
  salvataggio

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Esercizio 012

• prova tu
• OBIETTIVOPermettere di salvare dei dati
  generati in formato testuale
• Permettere di salvare stringhe e cluster in
  formato binario
• Sfruttando loperatore uniform white noise
  generare una forma donda di durata impostabile
  dallutente e frequenza fissa a 10kHz composta
  dalla sovrapposizione di una sinusoide (di
  ampiezza e frequenza impostabili dallutente) e
  del rumore bianco di ampiezza massima 1V
• Salvare la forma donda così generata in un
  formato testuale (csv)
• Salvare la forma donda in un file binario
• Salvare in un cluster i parametri di generazione
  (frequenze, ampiezze) e salvarlo in un file
  binario

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Esercizio 013

• prova tu
• OBIETTIVOPermettere di leggere dei dati
  importati in formato testuale
• Permettere di leggere dati in formato binario
• Riprendere i file salvati nellesercizio 012
• Importare la forma donda da un formato testuale
  (csv) in Excel
• Importare la forma donda da un formato binario e
  visualizzarla su di un grafico
• Visualizzare su controlli opportuni le
  impostazioni precedentemente salvata in un
  cluster e salvate su binario

49

• Elaborato 03

• Prendere confidenza con i vari tipi di formato di
  salvataggio
• Comprendere i vantaggi e gli svantaggi del
  salvataggio in file testuali
• Valutare le dimensioni dei file binari e
  testuali
• Salvare un file in maniera continua
• Utilizzare i datalog

50
Misure industriali con labview

• Labview IV
• Gestione degli errori e subvi

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subVI

• La programmazione in LabView, essendo prettamente
  grafica, richiede più che in altri ambiti
  modularità e possibilità di riutilizzo
• Lobiettivo nello sviluppare un VI è quello di
  realizzare un block diagram autoesplicativo
• Per ottenere tutto ciò si fa ricorso ai subVI,
  ovvero alla possibilità di ogni VI di essere
  richiamato allinterno di un altro VI

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Icona dei Connettori

• Ogni VI può essere a sua volta incluso in un
  altro VI come un subVI.
• Ogni operatore dello schema a blocchi è in realtà
  un subVI
• Licona dei connettori definisce input ed output
  di ogni subVI
• Un subVI espone la sua icona dei connettori al
  posto del pannello frontale

53
Icona dei Connettori

• Anche per la definizione di input ed output si
  procede per via grafica
• Licona dei connettori, in modalità show
  connectors, permette di associare ogni elemento
  del front panel ad un terminale del VI
• Ogni terminale può essere consigliato (default),
  obbligatorio od opzionale
• È importante mantenere la convenzione che vuole
  gli input a sinistra e gli output a destra

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Esercizio 014

• prova tu
• RIPRENDERE LESERCIZIO 012
• OBIETTIVOTrasformare il vi di generazione della
  sinusoide in un subVI
• Separare il vi precedente in due blocchi
  distinti generazione e salvataggio
• Rimuovere tutti gli elementi il cui UNICO scopo è
  linterazione con lutente
• Facendo attenzione alluso delle icone e dei
  connettori creare due subvi uno per la
  generazione della forma donda, laltro per il
  salvataggio
• ATTENZIONE ALLUSO DI INPUT E OUTPUT!!MANTENERE
  SEMPRE LA LETTURA DA SINISTRA A DESTRA!

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Modalità di Esecuzione

• Grazie alla finestra VI properties possiamo
  definire varie proprietà di esecuzione del subVI,
  la principale rimane però la modalità di
  esecuzione
• Lesecuzione è detta reentrant se possono
  esistere più istanze del medesimo subVI in
  esecuzione in contemporanea
• Lesecuzione è invece non-reentrant se esiste una
  sola istanza del subVI cui accedono
  successivamente i vari VI che lo richiamano
• In entrambi i casi un unica istanza del subVI
  viene collegata ad ogni VI che lha richiamata,
  rendendo quindi possibili operazioni iterative in
  successione (ad esempio un inizializzazione di
  una risorsa solo alla prima chiamata od un
  contatore interno)

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Errori RunTime

• Gli errori si distinguono a seconda
  dellutilizzatore che li genera
• se avvengono mentre stiamo progettando il VI sono
  errori di DESIGN TIME e impediscono lavvio del
  VI stesso
• se avvengono quando il VI è in esecuzione sono
  errori di RUNTIME e non sono prevedibili a priori
• Ogni subVI in grado di generare errori deve
  prevedere un errore in input ed uno in output

57
Il Flusso degli Errori

• Ogni VI che può generare un errore RunTime
  dispone di due connettori, chiamati error in (no
  error) ed error out
• Il tipo di dati che gestiscono questi terminali è
  un cluster particolare, composto da status,
  codice e messaggio
• Alcuni controlli, come il blocco case, sono in
  grado di adattarsi al tipo di dato errore grazie
  al polimorfismo

58
Il Flusso degli Errori

• un VI che trovi un error in diverso da no error
  non viene eseguito, ma passa lerrore al
  terminale error out direttamente
• un VI che riscontri un errore RunTime scrive sul
  suo terminale error out lerrore riscontrato, se
  nulla è collegato ad error out, compare una
  finestra di errore standard allutente

59
Sequenze di esecuzione

• Lavorando in dataflow non si possono controllare
  le sequenze di operazioni ma solo il flusso di
  dati
• Flussi paralleli avvengono secondo le
  disponibilità del processore e dellhardware e
  non possiamo quindi definirne la sequenza
• Nel caso delle operazioni debbano necessariamente
  essere eseguite in successione possiamo ricorrere
  al FLUSSO DEGLI ERRORI per imporre una sequenza
  specifica
• Oltre agli errori anche altri tipi di dato
  contenenti risorse (task, handle, file) sfruttano
  una catena di connettori IN/OUT utili per creare
  sequenze

60
Esercizio 015

• prova tu
• RIPRENDERE LESERCIZIO 014
• OBIETTIVOAggiungere al subVi la gestione degli
  errori
• Aggiungere ai subvi i terminali di errore ed
  evitare che vengano eseguiti in caso di errore
  (comportamento standard)
• Fare in modo che la forma donda generata sia la
  somma di due forme donda definite
  indipendentemente
• Provare a ripetere la medesima operazione con
  subvi reentrant
• ATTENZIONE ALLA CATENA DEGLI ERRORI!

61
Misure industriali con labview

• Labview V
• Progetti, librerie ed eseguibili

62
Progetti

• Qualora sia necessario sviluppare unapplicazione
  od un vi complesso (formato da più subvi) è utile
  riunire tutti i vi generati in un gruppo più
  esteso il progetto
• Un progetto è dato dallunione di vari elementi
  fondamentali
• Uno o più TARGET (su che hardware vogliamo
  sviluppare)
• Uno o più VI allinterno del target
  eventualmente ragruppati in cartelle virtuali per
  comodità
• Eventualmente una o più LIBRERIE che riuniscono
  VI con funzioni coordinate tra di loro (anche non
  sviluppate da noi)
• Una o più BUILD SPECIFICATIONS e cioè
• Uno o più eseguibili da compilare unendo i vi
  creati
• Uno o più installer per installare i programmi
  creati

63
Progetto
TARGET
VI
Libreria
VI da cuidipendeil progetto
Installer
Eseguibile
64
Librerie

• Consentono di riunire VI che abbiano funzioni
  coordinate tra di loro
• Consentono il trasferimento in maniera semplice
  di gruppi di vi molto ramificati
• Offrono lopportunità di introdurre elementi
  aggiuntivi ai vi le variabili di rete
• Offrono molti vantaggi se usati in combinazione
  con i file collettori LLB (gruppi di vi compressi
  in un unico file per facilitarne il
  trasferimento)
• Possono essere compilate e trasferite in forma
  vincolata ad un terzo utilizzatore

65

• Elaborato 04

• Riunire tutti i vi svolti finora in un unico
  progetto
• Comprendere le implicazioni delluso di progetti,
  librerie ed llb
• Creare un eseguibile ed un installer
• DEFINIRE UN PROPRIO PROGETTO ED UNA LIBRERIA DI
  VI

66
Misure industriali con labview

• Labview VI
• Introduzione teorica allacquisizione,LabView,
  NI MAX e DAQmx

67
LACQUISIZIONE DIGITALE DEI SEGNALI
68
I vantaggi principali dei sistemi digitali
consistono in

• elevata insensibilità ai disturbi
• bassa incertezza con costi relativamente
  contenuti
• compatibilità intrinseca coi sistemi di
  calcolo
• facilità di manipolazione, trasmissione,
  registrazione, riproduzione

69
TEORIA DELLA QUANTIZZAZIONEproblemi
relativiallasse delle ordinate
70

• La conversione A/D consta di due fasi
• - quantizzazione
• - codifica

71
Quantizzazione il dato analogico viene suddiviso
in un insieme di stati discreti
72
Codifica si assegna una parola digitale (stringa
di caratteri) ad ogni stato discreto secondo un
codice opportuno
73

• stringa di caratteri N bit
• codifica binaria O od 1
• insensibilità ai disturbi
• facilità di
• manipolazione
• trasmissione
• registrazione

74

• RISOLUZIONE
• Se ho una stringa di N bit ??2N stati diversi
• 3 bit ??23 8 stati diversi 0 0 0 1
  stato 0 0 1 2 0 1 0 3
  . . . . . 1 1 0 7 1 1 1
  8

75

• Con 8 bit ??28 256 stati diversi(8 bit 1
  byte)
• Con 10 bit ??210 1024 stati diversi(1 k)
• Con 12 bit ??212 4096 stati diversi
• Con 16 bit ??216 65536 stati diversi

76

• Funzione di trasferimento del quantizzatore non
  è lineare uscita 2N stati discreti ingresso
  grandezza continua

77

• Risoluzione minima variazione della grandezza
  di ingresso apprezzabile dal quantizzatore
• Corrisponde al valore del bit meno significativo
  e viene dettaLSBleast significant bit
• 1 LSB FS / 2N

78
Quindi la risoluzione migliora al crescere del
numero N di bit Es se FS10 V N3 bit
LSB1.25 V se FS10 V N8 bit LSB39 mV se
FS10 V N12 bit LSB2.44mV
79

• Esempio di segnale tra 0 e 10 V quantizzato con
  differente risoluzione

80

• Quindi incertezza minima LSB/2
• Se segnale G FS??incertezza relativa ??
• Es FS 10 V e G0.9 V
• se N8 bit incertezza 39 mV 4.3 di G
• Soluzione amplificare G affinchè sia usata tutta
  la scala del convertitore A/D

81

• Amplificatore di ingresso serve ad amplificare i
  segnali prima della conversione A / D affinchè il
  valore GMAX ? FS
• Si minimizza lincertezza relativa

82
(No Transcript)
83
IL CAMPIONAMENTODEI SEGNALIproblemi relativi
allasse delle ascisse
84

• Campionamento di un segnale analogico V(t) ?
  conversione del segnale in una sequenza di dati
  digitali (ti,Vi)

V
t
V
(ti , Vi) i1,...... N
t
85

• Pertanto in un segnale campionato sia la
  grandezza V che il tempo t sono espressiin forma
  discreta
• Tra due campioni cè ?tC ti - ti-1
• Frequenza di campionamento fC 1 / ?tC

V
ti-1 ti ti1
t
86

• A che frequenza occorre campionare un segnale per
  rappresentarlo correttamente?

V
t
V
t
Entrambe OK, ma diverso dettaglio
87

• Ma se la frequenza di campionamento diminuisce si
  va incontro al problema dell aliasing

V
t
Il segnale campionato non è più riconoscibile e
sembra avere una frequenza più bassa del segnale
analogico originario
88

• Il problema è legato alla relazione tra frequenza
  del segnale fS e frequenza di campionamento
  fCse fC lt 2 fS ??? l aliasing si manifesta

fC gt 2 fS
fC 2 fS
fC lt 2 fS
89
CASO MOLTO PARTICOLARE
fC fS
LO STESSO FATTO PUO ESSERE VISTO NEL DOMINIO
DELLE FREQUENZE
90

• Teorema del campionamento se un segnale continuo
  a banda limitata contiene solo frequenze
  inferiori ad fSmax ??il segnale sarà campionato
  correttamente se fC ? 2 fSmax

91

• Poichè f C 1 / ?tC ed fS 1 / TS
• essendo fC ? 2fS???tC ? TS / 2
• quindi occorrono almeno due campioni sul
  semiperiodo

92

• Laliasing può essere interpretato nel dominio
  della frequenza come lo spostamento di armoniche
  dalle alte frequenze verso le basse frequenze

93
Dispositivi elettronici per lacquisizione dei
segnali
94
Acquisizione e ADC

• Informazione

• Dato Numerico

MISURANDO
CATENADI MISURA
SCHEDA DIACQUISIZIONE
STRUMENTO
ADC
PC

• Segnale elettrico

95
Campionamento
96
Scheda dAcquisizione

• Frequenza di Campionamento (massima)
• Numero Canali Input
• Risoluzione Convertitore ADC
• Range di Input (minimo e massimo)
• Es NI USB-6009
• 48 kS/s
• 8 Differential / 4 Single-Ended
• 14 bit differential / 13 single-ended
• 20V, 10V, 5V, 4V, 2.5V, 1.25V, 1V

97
Acquisizione

• Frequenza di Campionamento
• Durata Acquisizione
• Range di Input
• Es
• 150 Hz
• 5 s
• 4V

98
Architettura software per lacquisizione dei
segnali
99
Architettura DAQmx
100
DAQmx
CHANNELS

• DEVICE es dev1hardware di acquisizione o
  generazione segnale.Il nome viene generato in
  automatico allinstallazione.
• CHANNEL es dev1\ai0canale di lettura o
  scrittura dei segnali, appartiene ad un device
  fisico ed è numerato partendo da 0.
• TASK es MyTasksessione di acquisizione o
  generazione di uno o più segnalisu uno o più
  canali di uno stesso device.

101
Definire un Task

• Un TASK non è altro che un processo di
  acquisizione od output su uno o più canali
• Elenca i canali su cui scrivere o da cui leggere,
  la loro configurazione, leventuale scala di
  conversione ed il range da usare
• Definisce modalità e frequenza di campionamento,
  numero di campioni, eventuali trigger e clock
• Sia nel MAX che in LabView è possibile definire
  un task tramite il DAQ ASSISTANT

102
Definire un Canale

• Definisce un canale fisico corrispondente
• Permette di impostare nomi intuitivi, sensibilità
  e offset
• Può avere ulteriori parametri di configurazione
• Può essere connesso in tre modi-Differenziale (
  misuro la tensione tra due poli ignorando
  eventuali ground comuni)-Referenced Single
  Ended (misuro la tensione tra un polo ed il
  ground comune tra scheda e trasduttore)-Non
  Referenced Single Ended (misuro la tensione tra
  un polo ed un ground diverso tra scheda e
  trasduttore)
• Tutti i canali di un task devono essere dello
  stesso tipo(analog output, analog input, digital
  output, digital input)

103
Scale di Conversione

• Permettono di convertire già in fase di
  acquisizione il valore di tensione o corrente
  uscito dal trasduttore nel valore del misurando
• Ogni scala è fissa e globale è quindi utile
  ricorrervi quando si usi spesso un trasduttore o
  si usino trasduttori con la stessa sensibilità
• Quello che ci permette di definire la scala è il
  diagramma di taratura della catena di misura a
  monte della scheda di acquisizione
• In assenza di una scala di conversione dobbiamo
  ricordarci che leggiamo solamente il segnale
  elettrico, ed è quindi necessario convertire il
  segnale a posteriori

104
Measurement Automation eXplorer

• Configurare hardware and software NI
• Creare canali, task ed interfacce virtuali
• Eseguire la diagnostica dellhardware NI
• Visualizzare sistemi remoti
• Definire scale e conversioni personalizzate
• Tutto ciò che è definito in MAX è visibile e
  considerato GLOBALE nei VI di LabView

105
MAX Elementi Accessibili
106
Esercizio 016

• prova tu
• Utilizzare il Measurement and Automation eXplorer
• Connessione e test delle schede
• Collegare una scheda di acquisizione al pc,
  individuarne il tipo e le caratteristiche
  fondamentali.
• Verificarne la corretta connessione sfruttando il
  test panel del MAX, quindi creare un task di
  acquisizione di test che acquisisca tutti i
  canali alla massima frequenza possibile.

107
Esercizio 017

• prova tu
• Utilizzare il Measurement and Automation eXplorer
• Scale e sensibilità
• Su un nuovo VI creare un task di acquisizione
  semplice che visualizzi su un grafico il
  risultato dellacquisizione
• Creare un task di acquisizione che legga m/s² e N
  rispettivamente supponendo di avere un
  accelerometro sul canale ai0 con sensibilità
  8.175V/g e che indichi 0V con unaccelerazione di
  9.81m/s² ed una cella di carico con sensibilità
  200mV/N e tensione nulla a cella scarica sul
  canale ai1

108
Esercizio 018

• prova tu
• Riprendere lesercizio 011
• Sostituire alla forma donda generata quella
  acquisita tramite il canale AI0 della scheda di
  acquisizione
• Visualizzare la FFT del segnale acquisito
  aggiungendo un puntatore

109
Esercizio 019

• prova tu
• Riprendere lesercizio 018
• Identificare le capacità e caratteristiche del
  modulo di acquisizione a disposizione
• Sostituire i canali in ingresso con un canale
  adatto al tipo di modulo di a disposizione
• Effettuare e visualizzare unacquisizione di
  10secondi in modalità discontinua

110
Esercizio 020

• prova tu
• Riprendere lesercizio 019
• Modificare il vi ed il DAQ assistant in modo da
  poter operare unacquisizione in modalità
  continua.
• Effettuare unacquisizione di 30s in modalità
  continua e visualizzarla a schermo.

111
Esercizio 021

• prova tu
• RIPRENDERE LESERCIZIO 020
• Aggiungere un pulsante SALVA TIME HISTORYed un
  pulsante SALVA FFT
• OBIETTIVOPermettere di salvare sia i dati
  acquisiti che lo spettro calcolato tramite la
  FFT
• Sfruttare il componente express WRITE MEAS. FILE
• Alla pressione di SALVA TIME HISTORY il VI deve
  chiedere allutente il nome del file da scrivere
  e salvare i segnali già acquisiti in formato
  TESTO-è preferibile salvare aggiungendo
  (manualmente) lestensione CSV-per comodità
  mantenere uno shift register con i segnali
  acquisiti-aggiungere una sola colonna di tempo
  per tutti i segnali-se il file già esiste salva
  con un nuovo nome
• Alla pressione di SALVA FFT deve fare lo stesso
  ma salvare lo spettroSALVARE UN PAIO DI
  ACQUISIZIONI ED UN PAIO DI SPETTRI

112
Esercizio 022

• prova tu
• CREARE UN NUOVO VISENZA INTERAZIONE CON LUTENTE
• RIPRENDERE LESERCIZIO 020
• OBIETTIVOCreare un nuovo operatore subVI in
  grado di calcolare la media, la varianza, il
  massimo ed il minimo di un segnale dato un
  segnale ed i valori storici di acquisizioni
  precedenti (vedi esercizio 008
• Collegare allicona dei connettori i controlli
  double ed il grafico-rispettare le convenzioni
  inputsinistra outputdestra!!-cambiare licona
  in modo che sia significativa
• Alterare le proprietà del vi in modo che non si
  apra quando viene chiamato(vi properties-gtexecuti
  on-gtopen when called)
• Impostare i valori di default dei vari controlli
  non obbligatori(data operation-gtmake current
  value default)
• NEL VI DELLESERCIZIO 018 aggiungere (sfruttando
  il nuovo operatore) anche un canale che mostri il
  valore del modulo del vettore accelerazione sullo
  stesso grafico, nonché il valore RMS su un
  indicatore di tipo GAUGE

113
Esercizio 023

• prova tu
• RIPRENDE GLI ESERCIZI 019 E 020
• OBIETTIVOPoter visualizzare sulla finestra
  principale del sistema di acquisizione
  composizioni di file letti sfruttando il vi già
  creato
• Creare un flusso degli errori corretto per
  lesercizio 017 e 018(inserire in fondo al vi
  017 un visualizzatore di un eventuale errore con
  general error handler, e terminare il vi se
  lerrore è stato generato)
• Inserire nellicona dei connettori dellesercizio
  018 i terminali per ERROR IN, ERROR OUT e SEGNALI
  LETTI
• Inserire nel vi delles. 017 un pulsante LEGGI
  alla cui pressione la catena degli errori venga
  passata al vi 018 (usare SELECT A VI)
• Sfruttando il terminale SEGNALI LETTI del vi 018
  passare i segnali letti al grafico principale ed
  allFFTLEGGERE 3 FILE TRA GLI ESEMPI
  PRECEDENTEMENTE SALVATI

114
Esercizio 024

• prova tu
• ESERCIZIO COMPLESSO!
• OBIETTIVOCreare un sistema di acquisizione
  completo in grado di
• Acquisire segnali da più canali sia in modalità
  continua che discontinua
• Salvare i dati delle time histories su file
• Leggere i dati da file
• Calcolare FFT da dati salvati o acquisiti
• Salvare le FFT calcolate su file di testo
• Prendere spunto dalle esercitazioni precedenti
• Ricorrere il meno possibile agli operatori
  express
• Sfruttare in maniera intensiva subVI e cluster

115
Misure industriali con labview

• Labview VII
• Property nodes, variabili e buone norme di
  programmazione

116
Property Nodes

• Consentono di manipolare gli elementi grafici del
  front panel oltre che modificandone il valore
  anche alterandone le caratteristiche (dimensione,
  colore, assi, etichette)
• Possono interrogare le proprietà grafiche degli
  elementi del front panel (livello di zoom,
  frazione selezionata)
• Utili per inizializzare il front panel od
  interagire con lutente, ma devono essere usati
  con cautela

117
Invoke Nodes

• Consentono di manipolare gli elementi grafici del
  front panel con azioni che tipicamente invoca
  lutente
• Possono effettuare operazioni anche complesse in
  automatico evitando passaggi tramite utente
• E necessario usarli solo quando indispensabili e
  comunque con molta cautela per evitare ERRORI
  runtime

118
Esercizio 025

• prova tu
• Property nodes e invoke nodes
• OBIETTIVOFare in modo che uno zooming in un
  grafico venga automaticamente seguito dagli altri
  grafici
• Prendere spunto dalle esercitazioni precedenti
• Creare un nuovo vi che mostri su tre grafici
  diversi tre forme donda (usare i subvi di
  generazione salvati in precedenza alla pressione
  di un tasto)
• Fare in modo che ad ogni zoom nel primo grafico
  da parte dellutente gli altri due grafici si
  adattino mostrando la stessa frazione temporale
• Alla pressione di un tasto salvare su file
  limmagine del grafico usando linvoke node
  EXPORT IMAGE

119
Variabili condivise

• Consentono di memorizzare e trasmettere dati in
  maniera indipendente dai flussi dati
• Costituiscono uneccezione alla programmazione a
  flussi e quindi vanno usate solo con SOMMA
  CAUTELA per evitare problemi di aggiornamento
  falsato
• Devono necessariamente appartenere ad una
  libreria
• Possono essere
• SHARED condivise da tutti i vi della medesima
  libreria
• NETWORK PUBLISHED pubblicate via rete su un
  server SVE (ogni computer con labview ne ha uno a
  bordo, ma anche alcune schede di acquisizione
  avanzate ne son dotate) che può consentire ad
  altri computer di scriverle e leggerle in remoto

120
Buone pratiche di programmazione

• Mantenere il block diagram pulito ed intuitivo
• Scrivere sempre da sinistra a destra
• Non andare oltre le dimensioni dello schermo
• Disegnare icone intuitive ed usare nomi estesi
• Rendere il programma il più modulare possibile
• Se qualcosa può essere delegato ad un subvi,
  farlo
• Testare individualmente ogni subvi sviluppato
• Sfruttare al massimo librerie e progetti
• Se si pensa che una serie i funzioni sia
  correlata,usare una libreria
• Se si pensa che qualcosa potrebbe essere riusato,
  metterlo in una libreria
• Mantenere il progetto ordinato con cartelle
  virtuali e librerie

121
Buone pratiche di programmazione

• Scegliere uno dei due approcci e trarne
  vantaggio
• BOTTOM-UP
• identificare i compiti più difficoltosi del
  progetto, sviluppare un vi che lo assolve, quindi
  integrarlo in vi successivi come subvi
• utile solo se il progetto è semplice, ma il
  risultato dubbio e si vuole valutarne la
  fattibilità
• TOP-DOWN
• definire in linea di massima il funzionamento del
  progetto, partendo da uno schema logico di
  funzionamento, e delegare i vari compiti a subvi
  template (solo input-output) che verranno
  realizzati poi
• Utile quando il progetto non preveda vincoli di
  fattibilità tecnica, anche in casi non complessi!

122

• Elaborato 05

• Familiarizzare con le variabili di rete ed i
  property node
• Capire quali siano i problemi di trasmissione e
  temporizzazione delle variabili di rete
• Capire quali siano i possibili errori in cui si
  può incappare con luso estensivo di variabili e
  nodi
• Provare a interagire con il server SVE
  allindirizzo 192.167.21.156