Práctica 1 Introducción a la Instrumentación Virtual. El entorno by ijk77032

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									Práctica 1:

Introducción a la Instrumentación Virtual. El
entorno de trabajo Labview 4.0


1. - Introducción a la Instrumentación Virtual. Control de
Instrumentos desde el ordenador. Automatización de medidas

                                    n                                       n
        Muchas veces la realizaci ó de una medida requiere la intervenci ó de varios
instrumentos, unos generan est ímulos sobre el dispositivo que se pretende medir, y otros
recogen la respuesta a estos est ímulos. Este conjunto de instrumentos que hace posible
             n                                                                 n.
la realizaci ó de la medida, recibe el nombre de sistema de instrumentaci ó Todo
                          n                                                         n
sistema de instrumentaci ó consta de unos instrumentos, un sistema de interconexi ó de
estos instrumentos y un controlador inteligente que gestiona el funcionamiento de todo
                    rdenes para que una medida se realice correctamente.
el sistema y da las ó

                     n                                                    cticamente un
        La utilizaci ó manual de instrumentos para realizar medidas es pr á
                  lo                               n
hecho aislado, s ó en los procesos de investigaci ó y desarrollo de nuevos prototipos, o
en entornos docentes es una pr á  ctica habitual. A nivel industrial las medidas para el
control de un determinado proceso, las pruebas funcionales sobre un equipo o el control
                          n                               t                     n
de calidad de la producci ó se realizan de manera autom á ica. La automatizaci ó de las
medidas requiere que los instrumentos gocen de un cierto grado de inteligencia para que
puedan ser gobernados por un controlador que se comunica con los instrumentos a
     s                                n
trav é de un BUS de instrumentaci ó (GPIB, VXI, RS232...). La figura 1 muestra un
                          n
sistema de instrumentaci ó virtual




              Figura 1 Sistema de Instrumentación virtual (National Instruments Inc.)
                                        n
        Los inicios de la instrumentaci ó controlable desde el ordenador, y de hecho de
                                n,       an                       os
los sistemas de instrumentaci ó se sit ú a mediados de los a ñ 60 cuando Hewlett
                                               n
Packard, desarroll ósu bus para instrumentaci ó HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus)
que permit ía conectar su gama de instrumentos programables a un ordenador. Esta
                 pidamente gran popularidad y en 1975 fue aceptada como un standard:
interfase gan ór á
el IEEE-488. Desde aquellos d ías hasta ahora el standard ha sufrido varias
modificaciones y el bus GPIB (acr ó nimo de General Purpose Interface Bus, por el que
                                                                s
se le conoce habitualmente) se ha convertido en uno de los m á populares en el campo
                     n
de la instrumentaci ó programable.

                                                     n
       Pero no es lo mismo hablar de instrumentaci ó controlable por ordenador que de
              n
instrumentaci ó virtual. De la primera a la segunda existe un salto importante, salto que
                                                                        t
ha sido posible gracias a los avances en el campo de la inform á ica. Hablar de
instrumentos virtuales es hablar de un software que se ejecuta sobre el controlador, que
permite independizarnos de los instrumentos reales y de la forma de interconectarlos.
                                                                          n lo
En muchas ocasiones el usuario final del sistema de instrumentaci ó s ó ve los
instrumentos virtuales en la pantalla del ordenador.

                                                                       n
        La forma habitual de construir un sistema de instrumentaci ó virtual, a partir de
los instrumentos controlables que tenemos disponibles y de tarjetas de adquisici ó        n
conectadas directamente al bus del controlador es utilizar un software comercial que
facilite esta tarea. Existen varias posibilidades pero se pueden resumir en dos grandes
grupos, los entornos de programaci ó       n de tipo lingüístico y los entornos de
              n
programaci ó gr á               s
                   ficos. Adem á de este software necesitaremos una tarjeta controladora
                                                                  e
(GPIB en nuestro caso) dentro del ordenador para que act ú de controlador, y los
drivers de control de los instrumentos que los suele facilitar el fabricante del entorno de
programaci ó  n.

                         n             c
       Para la realizaci ó de estas pr á ticas, utilizaremos la tarjeta controladora GPIB-
                                                                       n
PCIIA de National Instruments, junto con una tarjeta de adquisici ó de datos del mismo
fabricante (PCLab+). El entorno de trabajo es un entorno gr á                           n,
                                                                     fico de programaci ó
LabView 4.0 .



2.- Introducción a LabView 4.1

        La palabra LabView esta formada por las iniciales de Laboratory Virtual
Instrument Engineering Workbench. Es un entorno gr á           fico para el desarrollo de
                                                 n,                    n
aplicaciones en el campo de la instrumentaci ó desde la adquisici ó de datos hasta el
                                                                  a         t
control remoto de instrumentos. El entorno dispone de librer í s matem áicas, para el
   lisis de datos y de los drivers de control de varios instrumentos.
an á

       Los programas de Labview se denominan instrumentos virtuales, VI, por que
su apariencia es la de un instrumento de laboratorio. Estos VI son equivalentes a las
funciones de C o a los procedimientos de Pascal.

      Un VI consta de dos partes bien diferenciadas, el Panel Frontal (Front Panel) y
el Diagrama de Bloques (Block Diagram). El panel frontal es la interfase del
                                 l      n
programa con el usuario, en é est á representadas todas las entradas y salidas del
programa. Por analog ía a un instrumento real, las entradas del panel frontal se llaman
controles y las salidas indicadores. El diagrama de bloques es el c ó           digo de
            n
programaci ó escrito en lenguaje gr á   fico. Los distintos componentes del diagrama de
                                                              n
bloques son los nodos del programa. Los componentes est á interconectados unos con
otros. Estas interconexiones definen el flujo de datos en el diagrama de bloques. La
figura 2 contiene el panel frontal y el diagrama de bloques de un VI .




                    Figura 2: Panel frontal y diagrama de bloques de un VI.



3.- Programación con LabView 4.1

       Para empezar un programa en Labview, en la ventana que aparece cuando
                                                    n                    n
abrimos el programa debemos seleccionar la opci ó New VI, aparecer á entonces dos
ventanas vac ías, una correspondiente al panel frontal y una correspondiente al diagrama
de bloques.
                o
      El dise ñ del programa se suele empezar en el panel frontal. Se debe decidir
como ser á la interfase de usuario, es decir que entradas y salidas tendr á el programa.
                          mo
Veamos un ejemplo de c ó se realiza este dise ñ  o.

                                              al
                                           se ñ sinusoidal del cual podemos variar la
                                              al
amplitud entre 0 y 10. La frecuencia de la se ñ será fija. Como par á metros de entrada
necesitaremos un control para la amplitud y un control de puesta en marcha. Como
                                                                   al
salida necesitaremos un indicador que nos permita visualizar la se ñ generada.


       Nos situamos sobre el panel de control. Deben aparecer dos paletas flotantes,
una paleta de herramientas que sirve para editar, modificar y depurar VI’s y la paleta de
controles que sirve para crear el panel frontal (figura 3 ). Si alguna de estas dos paletas
no es visible se debe activar show Tools palette o show Controls palette de la opci ó     n
windows de la barra de men úsuperior.




                     Figura 3 Paletas de herramientas, controles y funciones




        En la paleta de controles seleccionaremos los controles num é  ricos y de entre
                                                                                       n
ellos un control circular (Knob) y lo colocaremos sobre el panel frontal. A continuaci ó
escribiremos el nombre de este control (amplitud).
Figura 4. Controles numéricosPodemos observar que al situar un elemento sobre el panel
          frontal, aparece también en el diagrama de bloques una referencia a este
          elemento que lleva el mismo nombre. En este caso es un cuadrado con línea
          doble de color naranja que indica que es una entrada de un número entero
          (figura 5).




Figura 5. Panel frontal y diagrama de bloques después de insertar el control numérico
        Si no se ha podido escribir el nombre del indicador, situarse sobre el mismo y
               n
apretar el bot ó derecho del mouse. Aparecer áun men údesplegable con las opciones de
      n
edici ó de este control (figura 6)




     Figura 6 Men údesplegable de un control



        Seleccionar Show Label y escribir ahora el nombre del control. Observar que
      s
adem á del control circular existe un indicador digital con el valor de la amplitud
seleccionado. Este indicador se puede ocultar si se desea.


                                                          al
        Una vez fijado el control de la amplitud de la se ñ de entrada colocaremos en el
panel frontal el control que nos permita la puesta en marcha del generador. En este caso
seleccionaremos los controles booleanos de la paleta de controles y escogeremos un
    n
bot ó que nos permita poner en marcha el generador (figura 7).




                               Figura 7 Controles booleanos

        Ahora en el diagrama de bloques ha aparecido una referencia al bot ó que   n
hemos situado en al panel frontal un cuadrado con doble l ínea de color verde con la
          n
inscripci ó TF en su interior. La doble l ínea nos indica que es un control (una entrada)
el color verde indica que es un dato booleano (figura 8).
       Figura 8 Panel frontal y diagrama de bloques tras insertar los dos controles de entrada

Ahora que ya tenemos definidas todas las entradas al programa definiremos la salida. En
                                                           al
nuestro caso un indicador que nos permita visualizar la se ñ generada. En la paleta de
                                                   f
controles seleccionaremos el grupo indicadores gr áicos y de entre ellos el waveform
                              fica         n
graph (permite dibujar una gr á en funci ó de su índice) (figura 9).




     Figura 9 Panel frontal y diagrama de bloques después de insertar los dos controles y el
              indicador.
                    s
       Una vez m á en el diagrama de bloques ha aparecido una referencia al indicador
                                        ngulo de color naranja con l ínea simple indicando
del panel frontal, en este caso un rect á
que es una salida de n ú  meros enteros. Al final de esta primera pr á   ctica aparece una
referencia con los c ódigos de colores y de grosor de l íneas para los distintos tipos de
datos.

                                                                                  n
        Ahora que tenemos el panel frontal definido, pasaremos a la construcci ó del
diagrama de bloques. Activaremos la paleta de funciones de la misma manera que la
                                                                                   lisis,
paleta de controles del panel frontal y en ella seleccionaremos la subpaleta de an á
                           n
dentro de ella la generaci ó de funciones y dentro de esta ú ltima un VI que nos genera
una forma de onda sinusoidal (figura 10)




                                l                             n
     Figura 10: Subpaleta de an áisis y subpaleta de generació de funciones.



       En el diagrama de bloques, debemos realizar las conexiones de los distintos
elementos que indiquen el flujo con que se van a realizar las distintas operaciones. Para
establecer estas conexiones, seleccionaremos de la paleta de herramientas el carrete de
hilo.


       Antes de empezar las conexiones veamos qu é entradas y salidas tiene el VI que
                  al
nos genera (la se ñ senoidal). Para ello nos situamos sobre el icono y apretamos el
    n
bot ó de la derecha del mouse. Aparecer á un men ú desplegable donde podemos
                                         s
                     online help. A trav é de ella se activa una ayuda donde aparece
              n                      n.
una descripci ó completa de la funci ó

        La figura 11 muestra las entradas y las salidas de este VI.




                 Figura 11: Conexiones del VI que genera la señal sinusoidal.

        Como entradas debemos definir el n ú                            al,
                                             mero de muestras de la se ñ la amplitud,
                         mero de ciclos a visualizar. Como salidas nos da un vector de
la fase en grados y el n ú
                                                   a                   al
numeros correspondientes a las muestras de una señ l senoidal y una se ñ de error.

        En nuestro caso, el n ú mero de muestras, la fase y el n ú  mero de ciclos son
                r
constantes num é icas. Para fijar su valor, seleccionaremos de la paleta de funciones la
     n
opci ó numeric y dentro de ella escogeremos una constante y escribiremos su valor, por
ejemplo 1024 muestras, 30º de desfase y 2,5 ciclos. A continuaci ó uniremos cada una
                                                                   n
                                                                    n
de estas constantes con la entrada correspondiente de la funci ó seno mediante el
                                                         al
carrete de hilo. Finalmente uniremos la salida de se ñ con el indicador visual. El
aspecto del diagrama de bloques debe ser parecido al de la figura 12.




                  Figura 12: Diagrama de bloques tras realizar las conexiones.

                                                                      s
       El control del funcionamiento del generador, se realiza a trav é del interruptor
                           n
ON/OFF cuya representaci ó en el diagrama de bloques es un indicador booleano (T/F).
Este indicador lo utilizaremos como control de un bucle while que controle la
         n       al.                                                n
generaci ó de se ñ Para crear este bucle, seleccionaremos la opci ó estructuras de la
                                  s
paleta de funciones y dentro de é ta el bucle while. Nos situaremos en el externo
                        digo del programa’ y arrastraremos el mouse hasta envolver
superior derecho del ‘c ó
           fico que debe controlar el bucle, manteniendo apretado el bot ó izquierdo del
todo el gr á                                                             n
mouse.

       Ahora debemos conectar el indicador T/F al control del bucle (una flecha en
forma circular de color verde). En la Figura 13 se encuentra el diagrama de bloques del
generador.




                Figura 13. Diagrama de bloques del generador de señal senoidal

       Antes de continuar, salvaremos el programa realizado. Para ello vamos al men ú
                    n
y escogemos la opci ó para guardar el fichero save as.




4. - Ejecución de un programa con LabView 4.1

       Existen varias formas de ejecutar un programa en LabView. Las distintas
opciones pueden encontrarse en la barra de tareas del diagrama de bloques (figura 14):




                      Figura 14: Barra de tareas del diagrama de bloques

             n                                                n:
A continuaci ó se describen las distintas opciones de ejecuci ó
                n
        Ejecuci ó del programa. LabView compilar áel programa si es necesario.


                                                       n
        Mientras se esta ejecutando el programa el bot ó anterior cambia de aspecto y
        se transforma en la imagen de la izquierda


                                               n            n
        Si se est á ejecutando un subVI el bot ó de ejecució se transforma en el de la
        izquierda.



               n                                      n
       Ejecuci ó continua hasta que se aprieta el bot ó de pausa o se finaliza la




                         n
       Inicio de ejecuci ó paso a paso. Ejecuta una estructura o un subVI se para en el
       siguiente nodo.


       Ejecuta el primer paso de una estructura o un subVI y se para antes de ejecutar el
       siguiente paso.


                           n
       Finaliza la ejecuci ó de una estructura, diagrama de bloques o VI y se para


            s
      Adem á de estas opciones se puede ejecutar el programa en modo ‘highlight’.
                           n                         n      mo
      Este modo de ejecuci ó permite ver una animaci ó de c ó se ejecuta el VI


Cuando al ejecutar un VI existen errores aparece una ventana como la de la figura 15
con una lista de los errores que se han encontrado.

                                                                        n
Si nos situamos con el cursor sobre uno de los errores apretando el bot ó Find, se indica
  nde
d ó est áel error en el diagrama de bloques.
                                             n,
       Aunque un VI no d éerrores de ejecuci ó puede ser que no est érealizando la




                               Figura 15. Lista de errores



      n
funci ó que esper á bamos. Para poder depurar el funcionamiento existen dos
herramientas: probe y breakpoint. La primera nos permite visualizar el valor de un
dato mientras fluye en el diagrama de bloques. La segunda nos permite establecer un
                     n
punto de interrupci ó en el programa. Ambas se encuentran en la paleta de
herramientas.

        En un VI pueden existir varias funciones que se ejecuten simult á neamente. De
hecho, el ú nico requisito para que se ejecute un determinado bloque es que tenga los
datos disponibles a su entrada. Normalmente el flujo de datos en el VI es de izquierda a
derecha; las entradas suelen estar situadas a la izuierda del icono y las salidas a la
derecha. Si se desea que se ejecuten ciertos bloques en un orden determinado se debe
utilizar una estructura llamada secuencia.


                                               n
       En la figura 16 la secuencia de ejecuci ó de los bloques es A, C, B, D, E



                                       B




                  A                                                   E




                                       C                     D

Figura 16
Descripción del entorno informático de trabajo del laboratorio

Los puestos de trabajo dispones de un ordenador basado en un microprocesador Intel
Pentium. El sistema operativo es Windows95 y todos los puestos de trabajo estan
                                        t
contectados mediante una red telem á ica a la UPCNet. Cada usuario dispone de un
directorio de trabajo en este servidor, de forma que es accesible desde cualquier puesto
de trabajo o desde el exterior del laboratorio. Se recomineda hacer copias de seguridad
en diskettes.

Trabajo en el laboratorio

1. - Realizar en el cuaderno de laboratorio un gr áfico descriptivo de los componentes
                             n
del sistema de instrumentaci ó virtual del puesto de trabajo (controlador, instrumentos,
conexiones)

2. - Iniciar el entorno de trabajo LabView y explorar las diferentes utilidades en las
                                                Q
paletas de herramientas, controles y funciones. ¿ u é son los bloques de color amarillo
que aparecen en algunas subpaletas de la paleta de funciones? (busque la respuesta con
la ayuda del programa)

                                  al
3. - Construir el generador de se ñ sinusoidal tal como se ha indicado en los apartados
                                                      n.             n
anteriores. Probar los distintos modos de ejecuci ó Insertar alg ú probe y alg ú      n
                       mo
breakpoint para ver c ó funcionan. Ejecutar el programa en modo highlight y observar
el flujo de datos.
                l                        n
4. - Decidir cu á es el orden de ejecuci ó en el siguiente programa:



                                                  D           E




                                B
                    A                    C

                                                                     F




                                      sinusoidal, cuadrada y triangular
               Amplitud:              variable entre 0 y 10 Voltios
               Frecuencia:            variable entre 0 y 10 kHz

                                        al
               La presentacion de la se ñ se realizar áen el dominio temporal.


                         n                                                  al
       Para la realizaci ó de este generador partiremos del generador de se ñ
                   ado
   sinusoidal dise ñ en los apartados anteriores.



                                                                     al
5.1 Determinar que controles e indicadores tendra el generador de se ñ virtual y su



5.2 Realizar un esbozo del diagrama de bloques del generador donde se pueda apreciar
cual ser áel flujo de datos.



5.3 Modificar adecuadamente el panel frontal para que sea posible elegir entre las
   ales sinusoidal, triangular y cuadrada.. (Utilizar el help on line para conocer el
se ñ
funcionamiento de los distintos tipos de selectores, ‘list and ring’ para el panel frontal).


5.4 Modificar el diagrama de bloques para que sea posible generar las tres se ñ      ales.
                           n                                 adir
(Cambiar el VI de la funci ó seno por el VI sine wave) y a ñ los VI correspondientes
        al
a la se ñ cuadrada y triangular. Se recomienda utilizar la estructura de datos case.
5.5 Modificar el panel frontal y el diagrama de bloques para que sea posible seleccionar
                       al                 n                                             al
la frecuencia de la se ñ .(prestar atenci ó a como esta definida la frecuencia de la se ñ
en los VI que generan las se ñales).


5.6 Modificar el panel frontal y el diagrama de bloques para que el eje vertical de la
           n          al
presentaci ó de la se ñ temporal est éentre –10V y 10V y el eje horizontal en unidades
                          s
de tiempo. Para ello lo m á recomendable es utilizar una estructura cluster que contiene
varios tipos de datos distintos y utilizar como herramienta de presentaci ó un    n
XYgraph, que permite realizar gr áficos cartsianos con dos ejes.


Creación de subVI’s


                                n
    Un subVI tiene una funci ó similar a la de las subrutinas en los lenguajes de
             n
programaci ó textuales. Cuando un conjunto de operaciones se prevee que se va utilizar
                                                                       ,
en diversas ocasiones, se suelen englobar estas dentro de un subVI. As í un subVI es un
VI que se llama dentro de otro VI.


    Un VI que se usa como un subVI necesita un icono para ser llamado desde el
                                               no    rico en la parte superior derecha
diagrama de bloques. Todos los VI tienen un ic ó gen é
de la pantalla que se puede editar haciendo un doble clik con el boton izquierdo del
mouse.


    El editor de iconos permite realizar un dibujo representativo del icono y fijar los
terminalers de entrada y salida del mismo. Para definir los terminales de entrada y salida
del subVI nos situaremos sobre el icono (parte superior derecha de la pantalla) y
                   n                                                n
apretando el bot ó derecho del mouse escojeremos la opci ó show connector.
                                              n
Apareceran en lugar del icono la representaci ó de los terminales de entrada y salida del
          n
VI. Habr á tantos terminales de entrada y salida como controles e indicadores tenga el
         mero de terminaels de entrada y salida se puede modificar colocandonos sobre
VI. El n ú
                n                                                          n
la representaci ó de los terminales de entrada y salida, apretando el bot ó derecho del
                               patterns.


    Cada control se debe asignar a un terminal de entrada y cada indicador a un terminal
                         n
de salida. Esta asignaci ó se hace mediante la herramienta wire (carrete de hilo) que
                                                               n
aparece por defecto en la pantalla cuando estamos en la opci ó show connector. Para
                     n
realizar la asignaci ó nos situeremos primero sobre un terminal y lo seleccionaremos,
       s
despu é nos colocamos sobre un control o un indicaodr y lo seleccionaremos tambi é    n.
                                             n                                      n
El control o indicador y el terminal quedar á unidos por una l ínea. Esta operaci ó se
debe repetir hasta que todos los indicadores, controles y terminales est é             n
interconectados.
                                                                n       al.
6 Crear un SubVI con toda la parte correspondiente a la genraci ó de se ñ Sustituir la
                  n       al
parte de generaci ó de se ñ por el SubVI creado.



Trabajo opcional


 7 Modificar el panel frontal y el diagrama de bloques para obtener el espectro de la
   al                 n                                                              n
se ñ y su presentaci ó Actuar sobre los ejes para que las unidades de la preesentaci ó
sean las pertinentes.


       ar
8 Dise ñ un VI que sea un genrador de ruido. Considerar ruido uniforme y que la
                                                                      al.
amplitud de ruido pueda variar entre 0 y 100% de la amplitud de la se ñ

9 Crear un subVI a partir del VI anterior e incorporarlo al generador de funciones.

								
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