Politechnika Łódzka

Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej

Laboratorium cyfrowej techniki pomiarowej

Ćwiczenie 1

Zastosowanie programu LabVIEW w systemach

pomiarowych

2

1. Wprowadzenie

LabVIEW jest programem opracowanym dla systemów kontrolno-pomiarowych, w których istotną rolę

odgrywają: akwizycja, obróbka danych pomiarowych i sterowanie procesami. Tworzenie aplikacji odbywa

się w języku programowania graficznego G. Umożliwia on zbudowanie schematu procesu z gotowych

bloków przedstawionych w postaci ikon. Eliminuje to konieczność żmudnego wpisywania wielu linii kodu.

Obsługa oraz interfejs napisanych programów może imitować obsługę i wygląd rzeczywistych przyrządów,

dlatego nazywane są one przyrządami wirtualnymi (Virtual Instruments – VIs). Wykonane programy mogą

komunikować się z urządzeniami zewnętrznymi za pomocą interfejsów GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485

oraz poprzez karty pomiarowe i Internet. Tak wiele sposobów komunikacji umożliwia budowę

uniwersalnego oprogramowania, które zapewnia współpracę z różnego rodzaju zewnętrznymi urządzeniami

pomiarowymi i sterowniczymi.

2. Praca z programem LabVIEW

Po uruchomieniu programu LabVIEW i wybraniu z okna startowego opcji umożliwiającej tworzenie

nowej aplikacji New VI, na ekranie pojawią się dwa okna edycyjne: Panelu (rys.1) i Diagramu (rys.2).

Okno Panelu wykorzystywane jest do budowy interfejsu użytkownika. Można umieścić na nim szereg

wirtualnych elementów przeznaczonych do sterowania aplikacją np.: potencjometry, pokrętła, przełączniki,

włączniki, a także elementy przeznaczone do wizualizacji przebiegu procesu i sygnalizacji jego stanów, np.:

wskaźniki świetlne, wyświetlacze, układy rysujące przebiegi czasowe badanych wielkości lub wykresy

zależności różnych wielkości od siebie i to zarówno na płaszczyźnie jak i w przestrzeni.

Do prawidłowego działania aplikacji oprócz interfejsu konieczny jest również kod źródłowy, dzięki

któremu można kontrolować wszystkie elementy Panelu oraz symulować działanie wielu rzeczywistych

urządzeń i dokonywać obróbki matematycznej na przetwarzanych przez program danych. Kod źródłowy

powstaje poprzez budowę schematu procesu lub urządzenia w oknie Diagramu (rys.2). Schemat wykonuje

się graficznie łącząc ze sobą ikony elementów reprezentujących między innymi funkcje logiczne,

arytmetyczne, porównywania, komunikacyjne, operacji wejścia /wyjścia i analizy sygnałowej.

Rys.1. Okno edycyjne Panelu z przykładowymi elementami interfejsu.

3

Rys.2. Okno edycyjne Diagramu z przykładowymi elementami.

W każdym z dwóch okien edycyjnych znajduje się menu i pasek narzędziowy (rys. 1, 2). Menu zawiera

w większości opcje obsługi plików i edycji znane z innych popularnych aplikacji np. MSOffice, dlatego ich

szczegółowe omówienie nie jest w tej pracy konieczne. Na wstępie należy jednak wymienić dwie ważne

opcje, których znajomość jest pomocna przy opracowywaniu programów w środowisku LabVIEW:

1. Operate Change to Edit/Run mode – przełączenie pomiędzy trybem edycji obydwu okien a

trybem działania. Tryb edycji umożliwia budowę schematu procesu i jego interfejsu oraz

dokonywanie wszelkich zmian.

2. Window Show Panel/Diagram – przełączanie pomiędzy oknami panelu i diagramu.

Menu zawiera jeszcze kilka innych ważnych opcji, które zostaną omówione bezpośrednio podczas

prezentacji sposobu budowy schematu i interfejsu.

Pasek narzędziowy może zawierać dwie różne kombinacje przycisków. Uzależnione jest to od tego,

które okno jest aktualnie oknem aktywnym. Wygląd obu pasków pokazuje rys. 3, przy czym należy

zauważyć, że większość przycisków jest taka sama dla obydwu okien edycyjnych.

Rys. 3. Paski narzędziowe okien edycyjnych programu LabVIEW, a) okna Panelu, b) okna Diagramu.

Poszczególne przyciski mają następujące funkcje:

1. jednokrotne uruchomienie programu VI,

2. ciągłe uruchomienie programu VI,

3. zatrzymanie działania programu VI,

4. chwilowe zatrzymanie wykonywania programu – pauza,

5. animacja ruchu danych na schemacie – świecący punkt porusza się po

połączeniach między ikonami elementów pokazując przepływ danych.

Przyciski 6, 7, 8 wykorzystywane są w trybie debuggera do krokowego

wykonywania programu. Przycisk 9 służy do wyboru czcionki i jej edycji,

natomiast przyciski:10, 11 i 12 mają zastosowanie do ustawiania położenia

ikon elementów względem siebie.

Użytkownik buduje aplikacje korzystając z elementów zawartych w trzech

paletach: Controls (rys.1.4), Functions (rys.1.5) i Tools (rys.1.6). Palety te

można wyświetlić korzystając z następujących opcji menu okien edycyjnych:

Window Show Controls Palette – wywołanie palety Controls

zawierającej elementy potrzebne do zaprojektowania interfejsu

użytkownika w oknie Panelu. Paletę można również wywołać klikając

prawym klawiszem myszy w oknie Panelu.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a

b

Rys. 4. Paleta Controls

4

Window Show Functions Palette – wywołanie palety funkcji zawierającej elementy wykorzystywane

do budowy schematu w oknie Diagramu. Paletę można również wywołać klikając prawym klawiszem

myszy w oknie Diagramu.

Window Show Tools Palette – wywołanie palety narzędzi zawierającej narzędzia niezbędne do

łączenia ikon elementów oraz ich edycji w obu oknach edycyjnych.

Ikony zawarte w paletach Controls i Functions (rys. 5 i 6) w większości reprezentują grupy elementów o

zbliżonej zasadzie działania. Pobranie konkretnego elementu wymaga niekiedy przejścia przez kilka

niższych poziomów - podgrup. Dla przykładu, aby pobrać wirtualny model generatora sinusoidalnego należy

otworzyć grupę zawierającą modele generatorów (Signal Generation), co wymaga wcześniejszego otwarcia

grup Analyze i Signal Processing, rys. 7.

Rys. 7. Rozwinięcie grupy Analyze z palety Functions do poziomu grupy generatorów.

Na kolejnych stronach omówione zostały wszystkie grupy z palet Controls i Functions. Ze względu na

ogromną liczbę elementów zawartych w tych grupach ich opis dotyczy jedynie ogólnego zastosowania

Rys. 5. Paleta Functions

Rys. 6. Paleta Tools

Tools

5

elementów danej grupy bez szczegółowego omawiania zasady działania i przeznaczenia konkretnych

elementów. Szczegółowy opis wszystkich elementów można znaleźć w obszernej pomocy programu

LabVIEW.

Paleta Controls

Numeric – grupa elementów przeznaczonych do wprowadzania do aplikacji i odczytywania z

aplikacji danych liczbowych, są to w większości modele wskaźników cyfrowych i analogowych

oraz potencjometrów suwakowych i obrotowych.

Boolean – zestaw elementów do wprowadzania i odczytywania danych logicznych, np.:

przełączniki, wskaźniki typu LED.

String & Path – elementy do wprowadzania i odczytywania danych w postaci łańcuchów

tekstowych i ścieżek dostępu do plików.

Array & Cluster – modele elementów służących do wprowadzania i odczytywania danych w

postaci rekordów lub macierzy.

List & Table – grupa elementów przeznaczonych do wprowadzania danych w postaci listy lub

tabeli.

Graph – zestaw elementów przeznaczonych do prezentacji graficznej danych w postaci

wykresów.

Ring & Enum – elementy umożliwiające wprowadzenie danych do programu poprzez wybór

opcji z menu.

I/O – grupa elementów przeznaczonych do wprowadzania do aplikacji informacji opisujących

operacje wejścia/wyjścia.

Refnum – elementy przeznaczone do identyfikacji operacji wejścia/wyjścia.

Dialog Controls – zestaw elementów wykorzystywanych do wprowadzania i odczytywania

danych. Elementy z tej grupy mają szczególne zastosowanie przy tworzeniu formularzy.

Classic Controls – bardzo duża grupa elementów pochodzących z poprzednich wersji LabVIEW.

Zestaw zawiera wiele ciekawych modeli starszych elementów zwłaszcza wskaźników nasycenia

barwy, wskaźników LED oraz wyłączników.

ActiveX – elementy zawierające obiekty AbtiveX.

Decorations – zestaw obiektów graficznych wykorzystywanych do upiększania interfejsu

użytkownika.

Select a Control – umożliwia wstawienie do programu elementów zapisanych przez użytkownika

w postaci plików o rozszerzeniach: ctl i ctt.

User Controls – umożliwia wstawienie do programu elementów zapisanych przez użytkownika

w katalogu User.lib.

6

Paleta Functions

Structures – zawiera sekwencję, instrukcję wyboru, pętle For i While, strukturę do edycji

formuł oraz elementy do deklaracji zmiennych globalnych i lokalnych. Sekwencja Sequence

umożliwia określenie dokładnej kolejności, w której będą wykonywane operacje w programie.

Operacje wykonują się po kolei począwszy od okna o numerze 0. Instrukcja wyboru Case

umożliwia realizację jednej z kilku zdefiniowanych operacji w zależności od wartości

zmiennej doprowadzonej do pola selektora. Struktura ta w najprostszej postaci odpowiada

instrukcji If ... then ... znanej z języków programowania. Pętla For odpowiada instrukcji For

i=0 to N do .... Operacje umieszczone w ramce wykonywane są N razy. Pętla While

wykonywana jest dopóki warunek przekazywany do pętli będzie prawdziwy, przy czym

sprawdzenie warunku wykonywane jest na końcu każdej iteracji. Struktura do edycji formuł

Formula Node umożliwia wykonywanie formuł matematycznych.

Numeric – operacje na liczbach (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie,

inkrementacja, dekrementacja, sumowanie i mnożenie elementów macierzy, wartość

bezwzględna, pierwiastkowanie, negacja, signum, 1/x, operacje na liczbach zespolonych,

konwersje typów danych, funkcje trygonometryczne, funkcje logarytmiczne i stałe

numeryczne.

Boolean –elementy wykonujące funkcje logiczne (AND, OR, NAND, NOR, EXOR, EXNOR,

NOT, konwersja liczby w macierz boolowską i macierzy boolowskiej w liczbę, stałe logiczne).

String – elementy dokonujące operacji na łańcuchach (np.: łączenie łańcuchów, konwersje

łańcuchów na liczby i odwrotnie, konwersje ścieżek na łańcuchy i odwrotnie).

Array – operacje na macierzach (obliczanie rozmiaru macierzy, pobieranie elementów

macierzy o określonych indeksach, usuwanie elementów macierzy, tworzenie, dzielenie,

rotacja, transpozycja, interpolacja, decymacja macierzy, sortowanie macierzy 1D, znajdowanie

minimalnej i maksymalnej wartości w macierzy, przeszukiwanie macierzy).

Cluster – operacje na rekordach.

Comparison – elementy realizujące operacje porównania (równy, różny, większy, mniejszy,

większy równy, mniejszy równy, równy zero, różny od zera, większy od zera, mniejszy od

zera, większy równy zero, mniejszy równy zero, wyszukiwanie wartości minimalnej i

maksymalnej, wybór źródła sygnału zależnie od spełnienia warunku logicznego, sprawdzenie,

czy sygnał mieści się w zadanym zakresie, sprawdzenie, czy sygnał jest liczbą dziesiętną,

ósemkową, szesnastkową itp.).

Time & Dialog – elementy związane z czasem i datą (np.: odmierzanie czasu, ustawianie

opóźnień, pobieranie czasu i daty) oraz elementy do tworzenia okien dialogowych.

File I/O – operacje na plikach (tworzenie, otwieranie, zamykanie plików, odczyt danych z

pliku, zapis danych do pliku itp.).

Data Aquisition – elementy przeznaczone do obsługi kart pomiarowych.

Waveform – operacje na przebiegach sygnałów (np.: dodawanie, odejmowanie, mnożenie,

dzielenie dwóch sygnałów, skalowanie, obliczanie transformaty FFT, znajdowanie minimum i

maksimum).

Analyze – zestaw elementów do analizy i obróbki danych w dziedzinie czasu i częstotliwości

oraz generacji sygnałów (obliczanie składowej stałej i wartości skutecznej sygnału, analiza

harmonicznych, analiza SINAD, widmo mocy, widmo gęstości mocy, widmo amplitudowo –

7

fazowe, widmo zespolone, uśrednione amplitudowo - fazowe widmo mocy, uśrednione

zespolone widmo mocy, kontrola, czy parametry sygnału mieszczą się w zadanych granicach,

detekcja „pików” w sygnale, detekcja poziomów wyzwalania, generacja funkcyjna, generacja

sygnału z formuły, generacja szumu białego, generacja szumu białego o rozkładzie Gaussa,

generacja szumu okresowego, generacja sygnałów w czasie, generacja sygnału impulsowego,

funkcje konwolucji, dekonwolucji, korelacji wzajemnej, autokorelacji, decymacja, obliczanie

estymat, wyznaczanie parametrów sygnału, obliczanie pochodnej x(t) i całki x(t), obliczenie

transformaty FFT i odwrotnej transformaty FFT, obliczenie szybkich transformat Hilberta i

Hartleya oraz ich odwrotności, wyznaczanie części rzeczywistej transformaty FFT, estymator

częstotliwości sygnału sinusoidalnego o nieznanej długości, wyznaczanie spektogramu metodą

Wignera – Ville’a oraz z wykorzystaniem algorytmu Short-Time Fourier Transform,

wyznaczanie części rzeczywistej transformaty Laplace’a, obliczanie transformaty Walsha –

Hammarda i odwrotnej transformaty Walsha – Hammarda, konwersja skali widma, cyfrowe

filtry Butterwortha, Czebyszewa i Bessela, odwrócony filtr Czebyszewa, filtr eliptyczny, filtr

medianowy, filtr z ograniczoną (FIR) i nieograniczoną (IIR) odpowiedzią impulsową,

skalowane okna czasowe, okna czasowe Hanninga, Hamminga, Blackmana, Blackmana –

Harrisa, Kaisera – Bessela, trójkątne i wykładnicze, funkcje matematyczne, których opis

podany jest przy ikonie Mathematics).

Instrument I/O – zestaw funkcji do obsługi urządzeń komunikujących się poprzez interfejsy

GPIB, VXI oraz porty szeregowe.

Motion & Vision – elementy do obróbki obrazu.

Mathematics – bardzo obszerny blok funkcji matematycznych (formuły, okna skryptów

Matlaba i pakietu HiQ, funkcje 1D i 2D, całkowanie, pochodne cząstkowe, wyznaczanie zer i

ekstremów, wyznaczanie długości krzywej, wartość średnia, odchylenie standardowe i

wariancja, mediana, histogram, rozkłady statystyczne, aproksymacja, interpolacja, algebra

liniowa, operacje na macierzach, aproksymacja Czebyszewa, szukanie minimów funkcji,

szukanie zer funkcji, funkcje Bessela, funkcje beta i gamma, Jakobian, funkcje eliptyczne i

prostokątne).

Communication – funkcje zapewniające komunikację komputera (ActiveX, DataSocket, TCP,

UDP, HiQ).

Application Control – grupa elementów pomocniczych przeznaczonych do sterowania

działaniem programu.

Graphics & Sound – elementy do tworzenia wykresów, obróbki grafiki i dźwięku.

Tutorial – zawiera przykłady przyrządów wirtualnych.

Report Generation – funkcje do generacji raportów.

Advanced – zaawansowane funkcje do operacji na rejestrze systemu Windows, obróbki danych

i synchronizacji.

Select a VI... – umożliwia wstawienie do programu przyrządów wirtualnych zapisanych w

plikach.

User Libraries – biblioteka elementów użytkownika.

8

Paleta Tools

Wymusza przejścia wskazanego obiektu do trybu pracy rzeczywistej, umożliwiając zmianę

jego nastawy.

Wybór elementów umieszczonych w oknach edycyjnych oraz zmiana ich położenia i

rozmiarów.

Narzędzie do wstawiania etykiet tekstowych i edycji tekstu.

Narzędzie do wykonywania połączeń pomiędzy elementami w oknie Diagramu.

Wywołanie palety Controls lub palety Functions w zależności od aktywnego panelu

edycyjnego.

Przewijanie zawartości okien edycyjnych.

Ustawianie i usuwanie punktów przerwania wykonywania programu.

Narzędzie do wstawiania sond pomiarowych pokazujących wartości sygnałów we wskazanych

punktach schematu.

Narzędzie do pobierania koloru z obiektów.

Narzędzie do zmiany kolorów elementów umieszczonych w oknach edycyjnych a także

kolorów tych okien.

W celu pobrania konkretnego elementu z palety Controls lub Functions należy kliknąć na jego ikonę, a

następnie w miejsce gdzie ma być on wstawiony w oknie Panelu lub Diagramu. Elementy wstawione do

okna Panelu można przeformatować według potrzeb użytkownika korzystając z narzędzi palety Tools

(zmiana rozmiarów i kolorów). Dla wszystkich elementów umieszczonych w oknie Panelu, które posiadają

podziałkę liczbową, istnieje możliwość zmiany zakresu tej podziałki poprzez ręczne wpisanie wartości

nowego zakresu (narzędzie oznaczone ikoną ręki lub litery A z palety Tools).

Każdy element umieszczony w oknie edycyjnym Panelu lub Diagramu posiada swoje menu

konfiguracyjne, przy czym może się ono znacznie różnić dla różnych obiektów.

Menu można wywołać klikając prawym klawiszem myszy na obiekcie. Na rys.1.8

pokazane jest przykładowe menu obiektu z najczęściej spotykanymi opcjami,

których znaczenie jest następujące:

Visible Items – ukrycie lub wyświetlenie elementów graficznych związanych

z obiektem (np.: etykiety, tytuł obiektu itp.).

Find Terminal – wyszukanie w oknie Diagramu zacisku obiektu osadzonego

w oknie Panelu.

Change to Control/Indicator – zmiana funkcji elementu z kontrolnej na

wskaźnikową i odwrotnie.

Description and Tip... – umożliwia utworzenie opisu elementu w okienku

tekstowym.

Create – w zależności od rodzaju elementu tworzy w oknie Diagramu

dodatkowe zaciski dla obiektu (np.: zacisk zmiennej lokalnej, przez którą

można wprowadzać dane do obiektu, zacisk do odczytu lub zmiany

właściwości obiektu Property Node, zaciski wartości stałej Constant i

elementu regulacyjnego Control, przyłączone bezpośrednio do wejść obiektu,

zacisk wskaźnika odczytującego sygnał wyjściowy z obiektu – Indicator). Rys. 8 Menu obiektu

9

Replace – podmienienie obiektu na inny wybrany z palety Controls lub Functions.

Data Operations – zawiera kilka opcji umożliwiających między innymi zapisanie aktualnych ustawień

obiektu jako początkowe, powrót do ustawień standardowych, ustanowienie połączenia z inną aplikacją

VI poprzez narzędzie DataSocket, kopiowanie ustawień z jednego obiektu do innych.

Advanced – opcje zaawansowane, np.: ukrycie obiektu, przypisanie klawisza do obiektu, który będzie

nim sterował.

Representation – ustalenie reprezentacji liczby.

Data Range – zmiana zakresu danych.

Format & Precision – ustalenie formatu liczby i ilości cyfr wyświetlanych po przecinku.

Add Needle – dodanie kolejnej wskazówki do modeli wskaźników analogowych i pokręteł

potencjometrów.

Scale – ustalenie parametrów skali obiektu (format i styl wyświetlania liczb, skala liniowa lub

logarytmiczna).

Text Labels – zamiana opisu podziałki skali z liczbowej na tekstową i odwrotnie.

Przy budowie aplikacji bardzo pomocne jest okno pomocy - Context Help, rys. 9. Okno można wywołać

poleceniem Show Context Help z opcji Help. W oknie wyświetlany jest opis i zasada działania elementu,

który został wskazany kursorem myszy w palecie Functions lub w oknie

Diagramu. Dla przykładu na rys. 9. pokazany jest opis układu

porównującego. Jeżeli opis elementu jest niewystarczający, to klikając

na odsyłacz Click here for more help można wywołać okno pomocy

LabVIEW Help zawierające obszerny podręcznik LabVIEW. Podręcznik

wyświetli się również po wybraniu polecenia Contents and Index z opcji

Help obu okienek edycyjnych.

3. Tworzenie aplikacji w LabVIEW

Sposób budowy aplikacji w LabVIEW zostanie omówiony na przykładzie programu symulującego układ

pomiarowy składający się z generatora sygnałowego, wykresu prezentującego przebiegi oraz układów

obliczających wartości: maksymalną, minimalna i skuteczną sygnału.

Na początku należy pobrać elementy z palety Controls i wstawić je w okno Panelu. Będą to dwa

elementy Digital Control z grupy Numeric, Knob z tej samej grupy i Waveform Chart z grupy Graph. Każdy

z tych elementów po wstawieniu otrzymuje swoją etykietę tekstową z nazwą, którą można dowolnie

zmieniać (narządzie z literą A z palety Tools). Zmian najlepiej dokonywać uwzględniając przeznaczenie

elementów. W tym przypadku elementy Digital Controls będą wykorzystywane do zadawania ilości próbek

sygnału z generatora oraz częstotliwości tego sygnału, Knob do zmiany amplitudy a Waveform Chart do

prezentacji przebiegów. Można, więc przypisać im następujące nazwy: Ilość próbek, Częstotliwość,

Amplituda, Wykres. Okno Panelu po wstawieniu elementów i zmianie ich nazw powinno wyglądać jak na

rys. 10.

Rys. 9. Okno pomocy

10

Rys. 10. Okno Panelu układu do generacji i wizualizacji sygnału

Rys. 11. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału

Wstawienie elementu w oknie Panelu powoduje jednoczesne umieszczenie jego zacisków w oknie

Diagramu. W tym przykładzie okno Diagramu powinno wyglądać jak na rys. 11. Zaciski elementów

umieszczonych w oknie Panelu mają kształt kolorowych prostokątów (rys.1.11). Kolor zacisku i nazwa

wewnątrz prostokąta informują użytkownika o typie danych, które można pobrać lub wysłać przez określony

zacisk (np. kolor pomarańczowy i nazwa DBL dotyczą zmiennych numerycznych zmiennoprzecinkowych

typu BOUBLE). Szczegółowy wykaz typów danych można znaleźć w pomocy programu. Należy pamiętać o

zachowaniu zgodności typów danych przy łączeniu zacisków elementów osadzonych w oknie Diagramu. W

większości przypadków zgodność taka jest zachowana, gdy kolory zacisków i linii łączącej zaciski

elementów są takie same. Program automatycznie sygnalizuje wszystkie błędy w połączeniach

przedstawiając linię pomiędzy zaciskami jako przerywaną. Należy wtedy bardziej wnikliwie zanalizować

typy danych uwzględniając zgodność nazw typów zacisków z kształtami linii odpowiadającymi

poszczególnym typom danych.

Po zaprojektowaniu interfejsu użytkownika można przystąpić do budowy schematu układu. Z palety

Functions pobieramy i wstawiamy w oknie Diagramu modele: generatora sygnałowego (Analyze Signal

Processing Signal Generation Signal Generator by Duration), układu wyszukującego wartości

maksymalną i minimalna z tabeli (Array Array Max & Min), układu mierzącego wartość skuteczną

sygnału (Analyze Wavefrom Measurements Basic Averaged DC-RMS).

11

Rys. 12. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu elementów z palety

Functions

Po wstawieniu elementów okno Diagramu powinno wyglądać jak na rys. 12. Elementy w oknie

Diagramu należy połączyć korzystając z narzędzia w postaci szpulki z palety Tools. Wskazanie „szpulką”

elementu powoduje wyświetlenie wszystkich jego zacisków w postaci krótkich linii. Po wskazaniu tym

samym narzędziem konkretnego zacisku pojawia się etykieta informująca o jego funkcji w elemencie. Na

przykład, gdy jest to zacisk wejściowy, do którego należy doprowadzić liczbę określającą wartość amplitudy

sygnału generatora, to na etykiecie pojawi się napis amplitude. Aby wykonać połączenie pomiędzy

zaciskami dwóch elementów należy wybrać „szpulką” zacisk jednego elementu i kliknąć na nim lewym

klawiszem myszy a następnie skierować „szpulkę” na zacisk drugiego elementu i ponownie kliknąć lewym

klawiszem myszy. Kolejność wykonywania połączeń nie jest istotna. Tworzenie odgałęzień połączeń

wykonuje się poprzez kliknięcie „szpulką” na linii istniejącego połączenia a następnie na zacisku elementu,

do którego ma być doprowadzona nowa linia. Istniejące połączenie można zaznaczyć klikając na jego linii.

Przy czym pojedyncze kliknięcie zaznacza tylko pojedynczy prosty fragment linii, podwójne kliknięcie

zaznacza całe połączenie między dwoma zaciskami, a potrójne kliknięcie zaznacza całe połączenie wraz z

odgałęzieniami. Wykasowania zaznaczonych połączeń dokonuje się klawiszem Delete lub korzystając z

opcji Edit Remove Bad Wires. Wszystkie błędne połączenia można natomiast wykasować komendą Edit

Remove Broken Wires. Po wykonaniu połączeń okno Diagramu powinno wyglądać jak na rys. 13.

Rys. 13. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wykonaniu połączeń elementów

Zastosowany generator sygnałowy (Signal Generator by Duration) wymaga określenia czterech

parametrów sygnału: ilości próbek wyjściowych sygnału przypadających na sekundę (# of samples)

(częstotliwość próbkowania), amplitudy, częstotliwości i typu sygnału. Pierwsze trzy parametry można już

zmieniać dzięki elementom umieszczonym w oknie Panelu. Do zmiany typu sygnału również konieczny jest

element sterujący, jednakże w celu zaprezentowania innej metody umieszczania prostych elementów

sterujących, kontrolnych i wskaźnikowych w oknie Panelu, zostanie on wstawiony bezpośrednio z okna

Diagramu. W tym celu należy wskazać „szpulką” zacisk waveform type generatora i kliknąć prawym

klawiszem myszki. Spowoduje to otwarcie menu zacisku, z którego należy wybrać opcję Create Control.

Po zatwierdzeniu polecenia w oknie Panelu pojawi się element sterujący umożliwiający zmianę typu

12

generowanego sygnału (rys. 14) a w oknie Diagramu jego zacisk przyłączony do zacisku generatora (rys.

15).

Rys. 14. Okno Panelu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu elementu sterującego

wyborem typu sygnału (waveform type)

Rys. 15. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu elementu sterującego

wyborem typu sygnału (waveform type)

Jak można zauważyć na rys. 15, układ wyszukujący wartości maksymalną i minimalna z tabeli (Array

Max & Min) oraz układ mierzący wartość skuteczną sygnału (Basic Averaged DC-RMS) nie mają

przyłączonych żadnych elementów wskaźnikowych, które mogłyby wyświetlać na Panelu obliczone

wartości. Elementy takie można wstawić korzystając z menu zacisków. Należy w tym celu wskazać

„szpulką” zacisku max value układu obliczającego wartości maksymalną i minimalną a następnie wybrać z

menu zacisku opcję Create Indicator. Podobnie dla zacisku min value tego układu i zacisku RMS value

układu wyznaczającego wartość skuteczną sygnału. Wstawione elementy są pokazane na rys. 16 i 17.

Zasada pracy generatora polega na wygenerowaniu tablicy wartości sygnału w dyskretnych chwilach

czasowych wyznaczonych na podstawie częstotliwości próbkowania. Rozmiar tablicy jest równy ilości

próbek zdefiniowanej w oknie Panelu. Każde uruchomienie aplikacji powoduje jednorazowe

wygenerowanie tablicy, powstaje, więc problem zapewnienia ciągłości generacji. Rozwiązaniem jest tutaj

zastosowanie pętli While. Po wybraniu pętli z Palety Functions (Structures While Loop) należy objąć jej

ramką cały schemat Diagramu, tak jak jest to pokazane na rys. 16. Zacisk w kształcie zaokrąglonej strzałki

13

umożliwia sterowanie pętlą. Z menu tego zacisku należy wybrać opcje Continue If True oraz Create

Control. Spowoduje to ustawienie ciągłego wykonywania pętli do momentu, aż sygnał doprowadzony do

zacisku z przełącznika Stop (rys. 17), będzie miał wartość jedynki logicznej.

Rys. 16. Okno Diagramu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu wyświetlaczy cyfrowych

max value, min value, RMS value, oraz pętli While

Rys. 17. Okno Panelu układu do generacji i wizualizacji sygnału po wstawieniu wyświetlaczy cyfrowych

max value, min value, RMS value i przełącznika Stop

Widok elementów wstawionych w okno Panelu można jeszcze zmienić według preferencji użytkownika, np.

zmieniając ich nazwy, czy kolorystykę. Bardzo przydatne okazuje się przypisanie elementom sterującym na

stałe konkretnych wartości parametrów generatora (opcja Data Operations Make Current Value Default

z menu elementu). Eliminuje to konieczność ponownego zadawania wszystkich parametrów po otwarciu

aplikacji. Program można uruchomić pojedynczą strzałką z paska Panelu lub Diagramu.

14

4. Wykonanie ćwiczenia

1. W programie LabVIEW wykonać program symulujący układ pomiarowy opisany w punkcie 1.3.

2. Wykonać przyrząd wirtualny do pomiaru napięcia przemiennego. Przyrząd powinien obliczać i

wyświetlać następujące parametry mierzonego sygnału (w nawiasach wypisane są nazwy elementów

umożliwiających obliczenie danego parametru, zawarte w palecie Functions) :

wartość maksymalną i minimalną Umax, Umin (Array Array Max & Min),

wartość skuteczną URMS (Analyze Waveform Measurements Basic Averaged DC-RMS),

wartość średnią z modułu Uav (Numeric Absolute Value, Mathematics Probability and Statistics

Mean),

współczynnik kształtu k,

av

RMS

U

Uk (1.1)

współczynnik szczytu s,

RMS

max

U

Us (1.2)

częstotliwość pierwszej harmonicznej, jej amplitudę i fazę (Analyze Waveform Measurements

Extract Single Tone Information),

widmo amplitudowe zawierające składową stałą, pierwszą harmoniczną i wyższe harmoniczne (Analyze

Waveform Measurements Harmonic Distortion Analyzer),

współczynnik zniekształceń harmonicznych THD obliczany przez analizator harmonicznych (Harmonic

Distortion Analyzer) jako stosunek pierwiastka z sumy kwadratów wartości skutecznych wyższych

harmonicznych sygnału do wartości skutecznej pierwszej harmonicznej,

1

2

2

RMS

n

U

U

THD

RMSn

(1.3)

widmo amplitudowe sygnału wyznaczone na podstawie FFT, zawierające wszystkie składowe sygnału

(Analyze Waveform Measurements FFT Spectrum (Mag-Phase)).

Przyrząd powinien być tak zaprojektowany, aby pomiar wszystkich parametrów odbywał się

jednocześnie i był wykonywany dla każdej iteracji pętli while. Obliczone wartości i współczynniki powinny

być prezentowane na wyświetlaczach cyfrowych, a widma amplitudowe na wykresach.

Sprawdzenia poprawności działania przyrządu należy dokonać korzystając z sygnału pochodzącego z

jednego z dwóch wirtualnych układów generatorów:

1. generatora sygnałowego (Analyze Signal Processing Signal Generation Signal Generator by

Duration),

2. układu trzech połączonych równolegle generatorów sinusoidalnych (Analyze Signal Processing

Signal Generation Sine Wave).

5. Literatura

1. Świsulski Dariusz, Komputerowa technika pomiarowa. Oprogramowanie wirtualnych

przyrządów pomiarowych w LabView, Agenda Wydawnicza PAK-u, Warszawa 2005

2. LabView Measurement Manual, National Instruments

3. Graczyk A., Gołębiowski J., Prohuń T.: Laboratorium komputerowych systemów pomiarowych,

Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2004.