Postavte si měřicí systém s LabVIEW

V rámci tohoto seriálu se seznámíme s možnostmi využití grafického vývojového prostředí LabVIEW pro tvorbu nejrůznějších typů aplikací nejen v oblasti měření a řízení. Postupně projdeme základní myšlenky grafického programování a naučíme se, jak vytvářet a odlaďovat aplikace napsané v LabVIEW. V neposlední řadě se podíváme na případové studie využití LabVIEW v praxi.

Co je LabVIEW?

LabVIEW je otevřené grafické vývojové prostředí vyvíjené společností National Instruments. Otevřené prostředí neznamená, že by uživatel dostal k dispozici zdrojový kód, vyjadřuje to však otevřenost LabVIEW vzhledem k různým technologiím, které jsou dnes běžně používané. Hlavním účelem LabVIEW jako vývojového prostředí je tedy poskytnout nástroj, který by umožnil sjednocení nejrůznějších typů hardwaru i softwaru do jedné aplikace.

Díky této otevřenosti lze například volat funkce zkompilované do DLL knihoven, funkce v .NET knihovnách, algoritmy analýzy uložené v souborech typu m.file, ukládat data do různých typů databází a samozřejmě komunikovat s nejrůznějšími typy měřicích přístrojů (multimetry, osciloskopy, PLC, …) pomocí různých typů rozhraní, jako jsou Ethernet, GPIB, CAN, RS-232, RS-485 a mnoho dalších.

Základní myšlenkou LabVIEW je nahrazení klasických „krabicových“ měřicích přístrojů pomocí osobního počítače a převodníku. Pokud se zamyslíme nad vybavením dnešních laboratoří a měřicích pracovišť, zjistíme, že každý z měřicích přístrojů obsahuje nějaký procesor, na kterém běží aplikace definující jeho funkcionalitu. Ve spoustě případů jsou dnes měřicí přístroje malé počítače s vlastním operačním systémem a striktně definovanou funkcí. Přístup National Instruments je v tomto odlišný. Pomocí LabVIEW je vytvořen tzv. virtuální instrument. Virtuální proto, že místo několika měřicích přístrojů máme pouze jeden počítač s různými typy převodníků a komunikačních rozhraní. Softwarem je pak definována funkce našeho přístroje. Říkáme, že „software definuje přístroj“.

Praktickým příkladem může být měření prováděné ve spolupráci Výzkumného ústavu kolejových vozidel v Praze a Dopravní fakulty ČVUT. Cílem měření bylo potvrdit vliv patentovaných řešení na eliminaci zranění způsobených srážkou kolejového a osobního vozidla. Jednoduše řečeno, hlavním cílem bylo v praxi zjistit, zda úpravy provedené v osobním vozidle mají skutečný účinek. Data byla snímána z akcelerometrů umístěných na těle testovací figuríny. Pro zajištění komplexního přehledu o průběhu srážky bylo dále měřeno mechanické napětí karoserie pomocí tenzometrických senzorů. Veškerá data byla synchronně snímána a posléze analyzována. Pro měření a analýzu dat bylo použito právě vývojové prostředí LabVIEW. Pro dodatečné off-line vyhodnocení dat a vygenerování zpráv z měření byl použit software NI DIAdem. Průběh měření je zachycen na obrázku č. 1.

Základy LabVIEW

Jak jsem zmínil již na začátku, LabVIEW je založeno na konceptu virtuálních přístrojů, jejichž funkce je definována softwarem. Z toho také plyne název programu v LabVIEW, říkáme mu VI (z anglického virtual instrument).

Každé VI obsahuje dvě okna – „Front Panel“ a „Block Diagram“. Dalo by se tyto výrazy přeložit do češtiny, ale pravděpodobně by to vedlo spíše k matení čtenářů, a proto budu nadále v článku používat původní anglické termíny. Máme tedy dvě okna, pomocí kterých vytvoříme náš program. Front Panel funguje jako uživatelské rozhraní a je obdobou ovládacího panelu klasického přístroje. Na Front Panelu tedy můžeme najít různé otočné knoflíky, posuvné řídicí prvky, indikační diody, grafy a mnoho dalšího... Stejně tak Block Diagram je analogií elektrických obvodů klasických měřicích přístrojů a definuje funkci našeho přístroje. Představte si například osciloskop. Každý osciloskop má nějakou obrazovku pro zobrazení signálů, tlačítka pro nastavení kanálů a obvody, které definují jeho funkci. Tento osciloskop můžeme jednoduše nahradit tak, že připojíme k našemu počítači pouze A/C převodník, naprogramujeme funkci a na obrazovce našeho PC zobrazíme čelní panel, který slouží k obsluze našeho virtuálního přístroje.

Přestože byl LabVIEW původně vyvinut pro měření, jeho použití se rozšířilo do mnoha různých oblastí vývoje, testování, výzkumu atd. Jedním z nejviditelnějších příkladů je využití LabVIEW pro programovatelnou robotickou stavebnici LEGO Mindstroms NXT nebo měření a řízení magnetů velkého kruhového urychlovače v největší evropské částicové laboratoři CERN. Kromě těchto velkých aplikací má LabVIEW samozřejmě spoustu uživatelů z menších firem či institutů, kteří s výhodou používají vysokou abstrakci grafického vývojového prostředí pro své projekty.

To byl stručný úvod do vývojového prostředí LabVIEW. V druhém díle tohoto seriálu si otevřeme vývojové prostředí, podíváme se na nástroje, které lze pro programování použít, a naprogramujeme si první jednoduchou aplikaci.

http://czech.ni.com