Нові технології вимірювань на основі віртуальних вимірювальних систем

Інформатика, програмування

ЗМІСТ

ЗМІСТ 1

1.Введеніе.Новие технології вимірювань та МО на основі Віртуальних
Вимірювальних систем (ВІС). 2

1.1.Программние компоненти ВІС: 3

2. Що представляє з себе LabVIEW? 4

3.Як працює LabVIEW? 5

3.1.Структура VI. 5
3.2.Передняя панель 7
3.3.Блок-схема 8
3.4.Піктограмми і Роз'єми входу/виходу 10

4.Заключеніе 11

1. Введеніе.Новие технології вимірювань та МО на основі Віртуальних

вимірювальних систем (ВІС).

Буквально за останні 5 років на заході відбулася революція у створенніі розробці вимірювальних засобів. Це в першу чергу пов'язано з активнимрозвитком комп'ютерних технологій стосовно до технологій вимірювань.

Основними досягненнями революції у вимірювальних технологіях стали:
. Так звані DAQ - boards (Data Acquisition Boards - Плати збір даних) - вимірювальні модулі, що вбудовуються безпосередньо в комп'ютер (ПК).
. Спеціалізовані вимірювальні інтегровані програмні оболонки для збору, обробки та візуального представлення вимірювальної інформації (наприклад - LabVIEW).

Під віртуальної вимірювальної Системами розуміється засібвимірювань, побудовані на базі персональних комп'ютерів (ПК), що вбудовуютьсяв комп'ютер і багатофункціональних багатоканальних АЦ - плат, зовнішніхпрограмно-керованих модулів попередньої обробки сигналів іприладів і спеціалізованих вимірювальних інтегрованих програмнихоболонок для збору, обробки та візуального представлення вимірювальноїінформації.

На відміну від традиційних засобів, їх функції, призначений для користувачаінтерфейс, алгоритми збору й обробки інформації визначаютьсякористувачем а не виробником. Ці кошти називаються Віртуальними по
2м основних причин:
За допомогою одного й того ж апаратного і програмного забезпечення можнасконструювати систему, що виконує абсолютно різні функції та мала брізний інтерфейс користувача.
Управління такими системами, як правило, здійснюється через графічнийкористувальницький інтерфейс (Graphics User Interface - GUI) за допомогоютехнології Drag-and-Drop ( "Переніс і поклав") з використаннямманіпулювання мишею через віртуальні елементи керування, розташованіна віртуальних приладових панелях.
Такі системи компонуються за допомогою Графічного Програмування.
ВІС будуються на наступних типах апаратного забезпечення:
1. Плати збору даних (вбудовані). Характерна наявність декількох входів:
2-24, виходів :2-4, лічильників/таймерів :1-2. Такі плати мають програмно керовані коефіцієнти підсилення по різних каналах, частоті, напруги і т.д.
. Процесори збору даних: DAP - boards - ті ж плати але з вбудованими:
. Власним процесором (Intel 80486, Intel Pentium)
4. Також сигнальні процесори.
5. Зовнішні програмно-керовані модулі попередньої обробки сигналів
- SCXI-модулі (обмін даними по шин ISA, EISA).
6. Закінчені програмно-керовані прилади, що працюють в різних інтерфейси:
. RS-232
. IEEE488 (2)
. VXI
. VME
. Q-bus
12. Кабелі, термінали та інші мережеве та допоміжне обладнання.
13. ПК

1.1.Программние компоненти ВІС:

1. Мережеві суперсреди - для функціонування на розподілених ІС.
2. Інтегровані вимірювальні оболонки. Їх основні функції - збирання, оброблення і візуальне представлення інформації. Існують оболонки великої, середньої та малої потужності.
3. Проблемно-орієнтовані оболонки - для вирішення обмеженого кола вимірювальних завдань.
4. Прикладні проблемно-орієнтовані пакети. Для розширення функціональних можливостей програмних оболонок у конкретній предметній області.
5. Інструментальні пакети - для розширення функціональних можливості віртуальних інструментів у тому ж середовищі.
6. Бібліотеки драйверів. Часто поставляються у вигляді розширення звичайних мов програмування.
7. Експертні системи та БД.
8. Інтерактивні проблемно-вирішальні засоби (наприклад - Math Lab).
9. Демонстраційно-навчальні програми.
10. Автоматизовані проектувальники ІС (DAQ Designer).

Необхідно відзначити, що великим недоліком ВІС є те, що цісистеми не оцінюють похибки. Проблема метрологічного супроводуне вирішена на сьогоднішній день, але може бути реалізована за допомогоюпрограмних засобів.
У даному рефераті ми для розуміння принципу побудови ВІС більш детальнорозглянемо інструментальний пакет LabVIEW фірми National Instruments.

2. Що представляє з себе LabVIEW?

LabVIEW - прикладна програма розробки призначених для користувачадодатків, дуже схожа з мовами C або БЕЙСІК, або National Instruments
LabWindows/CVI. Однак, LabVIEW відрізняється від цих прикладних програм уодному важливому відношенні. Інші системи програмування використовують текстово
- Орієнтовані мови, для створення рядків вихідного коду програм, у тойчас як LabVIEW використовує графічний мова програмування, під кодовоюназвою "G", для створення програм у формі блок-схеми.

LabVIEW, подібно C або Бейсік, є універсальною системоюпрограмування з потужними бібліотеками функцій для різних завданьпрограмування. LabVIEW включає в себе бібліотеки інструментів для:

. збору даних,

. обмін даними з пристрою по GPIB (Багатофункціональний

Інтерфейс фірми HP),

. обмін даними з пристрою за стандартом RS-232,

. аналізу даних,

. подання даних,

. зберігання оброблених даних на носіях різного типу.

LabVIEW також включає стандартні засоби автоматичногопроектування додатків, такі, що Ви можете встановлювати контрольніточки, представляти у вигляді стендової моделі виконання Вашої програми,так, щоб бачити, як дані проходять через програму крок за кроком, щобспростити розуміння процесів, що відбуваються.

3.Як працює LabVIEW?

LabVIEW - універсальна система програмування, але також включаєбібліотеки функцій і засобів проектування, розроблених виразно длязбору даних і інструментів управління та обробки даних. Програми
LabVIEW названі віртуальними приладами (VIs), тому що їхні дії ізовнішній вигляд може імітувати реальні прилади. У той же час, VIs подібніфункцій стандартних мов програмування. Однак, VIs мають рядпереваг перед функцій стандартних мов програмування:
. VIs більш наочні,
. прості для конструювання вимірювальних модулів та взаємодії з оператором,
. Внутрішня структура VIs є для користувача "чорним ящиком" з відомими входами та виходами, що спрощує застосування VIs і забезпечує автоматичну сумісність різних VIs. Однак у цьому можна виявити істотний недолік. Через те, що невідома внутрішня структура VIs, то не відомі і похибки, що виникають всередині VIs.
Відповідно, у разі якщо похибки не задокументовані їх доводиться приймати рівними нулю.

3.1.Структура VI.

VI складається з інтерактивного інтерфейсу користувача, діаграмипроходження даних, яка служить вихідним текстом, і піктограмиз'єднання (входи і виходи), які дозволяють VI бути викликаними з VIsбільш високого рівня.

Більш визначено, що проектується VI структурований наступним чином:
. Інтерактивний інтерфейс користувача VI названий Передньої Панеллю, тому що він моделює панель реального приладу. Передня панель може містити кнопки, перемикачі, індикатори, діаграми, графіки, і інші засоби відображення і управління. Ви вводите дані, використовуючи мишу і клавіатуру (імітуючи дії з реальною передньою панеллю), і потім переглядаєте результати на екрані комп'ютера.
. VI отримує команди від блок-схеми, (що складається з VIs більш низького рівня і примітивів), яку ви створюєте в мові візуального проектування
"G". Блок-схема - це ілюстрований алгоритм дій VI, що одночасно є вихідним текстом VI.
. Піктограми з'єднань VI і зв'язку між ними працюють подібно роз'ємів і сполучає шині в реальних приладах, і необхідні для того, щоб VIs могли обмінюватися даними один з одним. Піктограми з'єднань і зв'язку між ними дозволяють Вам використовувати свої VIs як модулі в інших VIs.

При наявності всіх цих властивостями, LabVIEW однозначно єзасобом візуального модульного проектування. Ви розбиваєте своюприкладну алгоритм на ряд субалгорітмов, які Ви також можете розбитище раз, до тих пір, поки складний прикладної алгоритм не перетворитися наряд простих підзадач. Ви формуєте VI, щоб виконати кожну подзадач, апотім об'єднувати ці VIs на другой блок-схемою, щоб виконати глобальнузавдання. На закінчення, ваш основний VI містить сукупність субVIs, якіє сукупностями функцій LabVIEW.

Налагодження алгоритму набагато полегшується тим, що Ви можете виконуватикожен субVI окремо від крім іншої частини прикладної задачі. Крімтого, багато субVIs низького рівня часто виконують типові дії, загальнідля різних прикладних задач, так, що Ви можете розробитиспеціалізований набір субVIs добре підходить для потрібних вам завдань.

3.2.Передняя панель

Інтерфейс користувача VI подібний до інтерфейсу користувача реальногоприладу. Передня панель VI може виглядати приблизно так, як на рис.1:

Малюнок 1. Можливий варіант передній панелі VI.

Передня панель VI - перш за все комбінація засобів управління ііндикаторів. Засоби керування моделюють реальні пристрої введенняданих і забезпечують їх надходження в блок-схему VI. Індикатори,моделюють реальні пристрою виводу, які відображають дані,отримані на виході блок-схеми VI.

Ви додаєте засоби керування і індикатори на передню панель,вибираючи їх з т.зв. "Спливаючій палітри засобів управління" (зі спискущо є в наявності компонентів), наведеної на рис.2:

Малюнок 2. "Спливна

палітра компонент LabVIEW"

Ви можете змінювати розмір, форму, і позицію перемикачів абоіндикаторів. Крім того, кожен перемикач або індикатор маєспливаюче меню, яке Ви можете використовувати, щоб змінити різнівластивості або вибрати різні параметри редагованого об'єкта.

3.3.Блок-схема

Вікно діаграми містить блок-схему VI, яка є графічнимвихідним текстом VI для LabVIEW. Ви створюєте блок-схему шляхом об'єднанняразом об'єктів, які видають або приймають дані, виконують необхідніфункції, і керують процесом виконання завдання.

Малюнок 3.Блок-схема і частина передньої панелі VI додавання і віднімання двох чисел.

На рис .3 . наведені передня панель і блок-схема простого VI,який обчислює суму і різницю між двома числами. На блок-схемінаведено базисні об'єкти, необхідні для вирішення завдання - вузли, виходиелементів управління та набору вихідних даних, входи індикаторів, ідроти.

Коли Ви ставите елемент управління і набору вихідних даних, абоіндикатор на передню панель, LabVIEW поміщає відповідний йомупіктограму входу/виходу в блок-схему. Ви не можете видалити піктограмувходу/виходу, яка належить елемента керування або індикатором.
Піктограма зникне сама тоді, коли Ви видаліть елемент керування абоіндикатор.

Опції Add (Додати) і Subtract (Зменшити) також мають піктограмивходу/виходу. Їх можна сприймати як порти (роз'єми) виходу і входу.
Дані, які Ви вводите в елементах керування на передній панелі (уданому випадку це "a" і "b") передаються через піктограми входу/виходу вблок-схему. Потім дані надходять у функції Add і Subtract. Коли функції
Add і Subtract завершують свої внутрішні обчислення, вони видаютьоброблені дані в свої піктограми виходу. Дані надходять напіктограми входу у індикаторів і повторно виводяться на передню панель.

Вузли - це здійсненні елементи програми. Вони аналогічні інструкцій,операторам, функціям, і підпрограм в стандартних мовахпрограмування. Опції Add і Subtract є одним і тим же типомвузла. LabVIEW має потужну бібліотеку функцій для математичнихобчислень, порівнянь, перетворень, вводу/виводу, та інших дій.
Інший тип вузлів - структура. Структури - це графічні представленняциклів і операторів вибору традиційних мов програмування, якіповторюють блоки вихідного тексту або виконують їх залежно від умови.
LabVIEW також має спеціальні вузли для компонування із зовнішнім текстово -заснованим кодом і для обробки текстово-заснованих формул.

Провід - лінії даних між джерелом і приймачем. Ви не можетеприєднати піктограму виходу до іншої піктограмі виходу, абопіктограму входу до піктограмі входу. Ви маєте можливість приєднуватиодне джерело до декількох приймачів. Кожен провід має різний виглядабо колір, в залежності від типу даних, які передаються за цимпроводу. Попередній приклад показує вид проведення для числового скалярногозначення - тонка, суцільна лінія.

Принцип, який управляє виконанням програми LabVIEW, названий
Принципом Передачі Даних:
. Вузол виконується тільки тоді, коли все на всі його входи надійшли дані;
. Вузол видає дані на всі виходи, тільки тоді, коли закінчує виконуватися закладений у ньому алгоритм;
. Дані передаються від джерела до приймача без затримки.

Цей принцип помітно відрізняється від методів виконання стандартнихпрограм, в яких команди виконуються в тій послідовності, в якийвони написані.

3.4.Піктограмми і Роз'єми входу/виходу

Коли піктограма VI "A" поміщена в діаграму VI "B", то VI "A"стає субVI, (в LabVIEW аналог підпрограми). Елементи управління ііндикатори субVI отримують і повертають дані з/в VIs, які виробилиїх виклик.

Роз'єм входу/виходу - набір піктограм, через який відбуваєтьсяприєднання VI до елементів управління або індикаторами. Піктограма - цеілюстроване подання алгоритму VI, або текстовий опис цього
VI.

Малюнок 4.Прімер піктограми VI.

Кожен VI має задану за замовчуванням піктограму, якавідображається в області "Вікна Піктограми" у верхньому правому куті "Вікна блок -схеми "і" Вікна передньої панелі ". Така піктограма наведена на мал. 4:

Кожен VI також має роз'єм входу/виходу, який можна знайти вибравши, "Show Connector" в області вікна піктограми на передній панелі.
Коли Ви визначаєте роз'єм входу/виходу вперше, LabVIEW пропонує Вам зразок такого роз'єму. Ви можете вибрати необхідне вам число входів і виходів у роз'ємі.

4.Заключеніе