FEBBRAIO 2007 E 5,00 JOHN PASQUARETTE: IL FUTURO DEL GRAPHICAL SYSTEM DESIGN LABVIEW COMUNICA CON LINUX REALTIME TECNICHE AVANZATE DI I/O SU FILE

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1 01 FEBBRAIO 2007 E 5,00 L A P R I M A R I V I S T A I T A L I A N A P E R L A C O M U N I T À L A B V I E W JOHN PASQUARETTE: IL FUTURO DEL GRAPHICAL SYSTEM DESIGN LABVIEW COMUNICA CON LINUX REALTIME TECNICHE AVANZATE DI I/O SU FILE

2 01 SCENARIO DECOLLO AVVENUTO! Dopo il numero di collaudo (il cosiddetto numero 0 ), eccoci finalmente alla prima uscita ufficiale di LabVIEW World, per la quale abbiamo tenuto in considerazione i moltissimi commenti e suggerimenti ricevuti da ogni parte. Negli Stati Uniti, ci è capitato di vedere top manager di National Instruments con la nuova rivista sotto il braccio. Persino filiali NI dell Estremo Oriente hanno chiesto delucidazioni sul format di LabVIEW World, pensando a un edizione in lingua locale. Ma questo successo internazionale non sminuisce certo l importanza del fermento suscitato in casa nostra: i telefoni della redazione squillano, le richieste di abbonamento piovono, il Forum ILVG è preso d assalto. Pensavamo di cambiare il noto slogan LabVIEW everywhere in LabVIEW World everywhere. Retorica a parte (e ci si perdonerà qualche innocente esagerazione, dato il nostro entusiasmo), abbiamo la prova che la rivista è stata concepita con il giusto criterio e che i suoi contenuti risultano interessanti per la vasta audience rappresentata da tutti coloro che utilizzano LabVIEW. Un audience che cresce costantemente in tutti i settori: dal mondo accademico, all industria, alla ricerca, al gioco, dimostrando la versatilità delle piattaforma National Instruments. Anche in questo numero possiamo contare su una vera chicca. Dopo l intervista a Jeff Kodosky, che nel numero 0 ha tracciato la storia del software di programmazione grafica da lui stesso ideato, questa volta ospitiamo John Pasquarette, vero visionario (in senso anglosassone) del futuro di LabVIEW. Le sue parole ci permettono di capire meglio quale sarà l evoluzione di LabVIEW e quali saranno le novità prevedibili a breve-medio termine. Il nostro menù è completato da approfondimenti sulle nuove funzioni di LabVIEW, lezioni sulla programmazione grafica per principianti ed esperti, casi applicativi concreti, segnalazioni di argomenti di discussione, un calendario dei principali eventi in arrivo, ecc. E da questo numero è possibile abbonarsi, per non perdere nemmeno una copia di quello che abbiamo già definito il magazine che mancava. Ancora una volta, vi auguriamo buona lettura! Valerio Alessandroni 2

3 SOMMARIO DECOLLO AVVENUTO! LabVIEW World è giunto alla prima uscita ufficiale. Valerio Alessandroni, direttore della rivista, fa il punto LABVIEW WORLD INTERVISTA JOHN PASQUARETTE Parla il direttore software marketing di National Instruments WHAT S NEW LabVIEW si mette in gioco. Programmazione orientata agli oggetti COMUNICAZIONE TRA LABVIEW E LINUX REALTIME Vediamo come realizzare una libreria di VI per lo scambio di dati IL LABORATORIO NEL PC: LA SCHEDA AUDIO L articolo spiega come gestire i segnali audio su PC GESTIONE DI UNA RETE DI SENSORI ZIGBEE CON LABVIEW LabVIEW è entrato prepotentemente anche nella domotica COMPACTRIO PER ATTIVITÀ SUL FONDO MARINO LabVIEW e CompactRIO azionano un veicolo sottomarino SIMULAZIONE DI UNA CAVITÀ LASER IN REGIME IMPULSATO Presso CESI Ricerca è stato simulato il comportamento di una cavità laser PROGETTARE E IMPLEMENTARE MACCHINE A STATI E disponibile il nuovo formalismo PRiSMa TECNICHE AVANZATE DI I/O SU FILE Spieghiamo agli utenti più esperti i formati di file Ascii e Binario DALLA CARTA AL WEB Link ad articoli di approfondimento o altri documenti disponibili sul web LA VOCE DEGLI UTENTI Abbiamo selezionato alcuni spunti di discussione apparsi sul Forum di ILVG.it REPORT Focus Embedded, LabVIEW 8.20 Platform Tour e il Forum Tecnico Soluzioni per il test e il collaudo in ambito termotecnico 44 APPUNTAMENTI National Instruments sarà presente a numerosi eventi, oltre ad organizzare propri corsi e seminari 46 STRUTTURE ITERATIVE Per i principianti di LabVIEW, pubblichiamo questo tutorial sulle strutture iterative LABVIEW E LAVORO Sapete utilizzare LabVIEW? Forse troverete la proposta che fa per voi

4 01 A TU PER TU PRESENTE E FUTURO DEL GRAPHICAL SYSTEM DESIGN Valerio Alessandroni LabVIEW 8.20 offre una piattaforma aperta per il design che può integrarsi con strumenti diversi e sfruttare funzionalità potenti e personalizzabili per massimizzare le potenzialità dello sviluppo di prodotto LabVIEW 8.20, l edizione del 20 anniversario della piattaforma Graphical System Design per il test, il controllo e lo sviluppo di sistemi embedded, ha introdotto nuove e potenti funzionalità, tra cui un avanzato livello di compatibilità con il software Matlab di The MathWorks, nuovi wizard basati su piattaforma FPGA per il design di hardware custom utilizzabili per la realizzazione di controllori industriali, e aggiornamenti per il Modulation Toolkit di LabVIEW, in grado di permettere a ingegneri e ricercatori di sviluppare modelli per la simulazione di sistemi di comunicazione e valutare parametri e decisioni relativi alla progettazione. Dopo avere intervistato Jeff Kodosky, che nel numero 0 di LabVIEW World ha delineato la storia dei primi 20 anni di LabVIEW, questa volta parliamo del presente e soprattutto del futuro della piattaforma Graphical System Design con John Pasquarette, direttore software marketing di National Instruments. INTELLIGENZA DISTRIBUITA LabVIEW 8.20 semplifica nettamente lo sviluppo di sistemi distribuiti offrendo intelli- D: genza distribuita, un insieme di tecnologie che facilitano lo sviluppo di processi eseguiti fra applicazioni diverse e fra dispositivi remoti. Qual è il suo commento? R: LabVIEW 8 ha introdotto un infrastruttura e tool di sviluppo progettati per semplificare il processo di costruzione di un sistema distribuito, che può essere definito come un sistema che utilizza più processori o nodi di calcolo per risolvere un problema. La nozione di elaborazione distribuita permea oggi diverse aree applicative dai comuni PC desktop, che oggi ormai dispongono di processori multi-core, alle reti distribuite di stazioni di monitoraggio e controllo industriale, tutte collegate a un singolo sistema di supervisione. In tutti questi esempi, i problemi di programmazione sono simili: Fig. 1 Afferma John Pasquarette, direttore software marketing di National Instruments: LabVIEW 8 ha introdotto un infrastruttura e tool di sviluppo progettati per semplificare il processo di costruzione di un sistema distribuito - come sviluppare e gestire codice da eseguire su processori o componenti di calcolo differenti? - come spostare efficientemente i dati fra i diversi componenti del proprio sistema? - come triggerare e sincronizzare eventi che si verificano sui diversi componenti del proprio sistema? Fin dall inizio, il linguaggio di programmazione LabVIEW è stato intrinsecamente parallelo. Ed è possibile programmare facilmente sistemi paralleli nel linguaggio grafico. Con LabVIEW 8 abbiamo introdotto un infrastruttura che aiuta a gestire e mettere in esecuzione le vostre applicazioni e i dati per i programmi che sviluppate: - la finestra Project vi permette di osservare i diversi nodi di calcolo nel vostro sistema. Tutti i controllori remoti sono visibili in un albero e potete semplicemente trascinare, posizionare e cliccare due volte per mettere in esecuzione il codice del programma ed editarlo mentre risiede su un computer o controllore completamente differente; - la Shared Variable è un modo molto semplice per passare dati fra questi nodi di calcolo è sufficiente leggere e scrivere i valori e, dietro le quinte, LabVIEW gestisce tutte le operazioni di rete e connettività a basso livello. Queste tecnologie formano l infrastruttura che aprirà la potenza dell elaborazione distribuita e le applicazioni multicore/processore a molti più tecnici e ricercatori nel mondo, senza richiedere un addestramento avanzato e una particolare esperienza informatica. MATEMATICA TESTUALE LabVIEW 8.20 estende il linguaggio a dataflow grafico LabVIEW con un supporto nativo D: per la matematica testuale MathScript. Perché NI ha deciso di fare un miglioramento di questo tipo? 4

5 A TU PER TU Negli ultimi anni, la piattaforma LabVIEW si è sviluppata enormemente in nuove aree. Laddove LabVIEW è R: noto soprattutto come tool per l acquisizione di dati e il controllo di strumenti, esso si è trasformato in una piattaforma di progettazione grafica di sistemi con caratteristiche complete, permettendo agli ingegneri di progettare, prototipare e mettere in esecuzione nuovi sistemi più rapidamente e facilmente rispetto agli approcci tradizionali. Come piattaforma di progettazione grafica, LabVIEW combina molti approcci differenti per definire le parti del proprio sistema come la programmazione dataflow, diagrammi di stato e simulazione. MathScript introduce un nuovo approccio matematico, di tipo testuale, nella piattaforma LabVIEW. In particolare, MathScript permette agli ingegneri di sviluppare algoritmi numerici nell ambito della loro soluzione direttamente all interno dei propri programmi LabVIEW. Descrivere algoritmi utilizzando una sintassi testuale è del tutto naturale per molti ingegneri e ricercatori e, con MathScript, essi possono sfruttare in modo diretto la loro esperienza. Inoltre, gli utenti possono sfruttare gli algoritmi numerici esistenti che hanno creato come m-file utilizzando il software Matlab di The MathWorks. Grazie a questo livello di compatibilità, essi possono riutilizzare facilmente gli algoritmi sviluppati usando tool legacy nella moderna piattaforma di progettazione grafica di sistemi LabVIEW. D: R: Che tipo di possibilità vengono offerte da questa estensione a ingegneri e ricercatori? Combinando matematica di tipo testuale con la GUI interattiva e le capacità di I/O fisico di LabVIEW, gli utenti possono progettare e prototipare molto rapidamente gli algoritmi sui quali stanno lavorando. Questo è un elemento chiave dell approccio della progettazione grafica di sistema un processo di ingegneria degli algoritmi nel quale la teoria di un algoritmo, espresso come calcolo numerico di tipo testuale, può essere implementata con I/O reali in un solo passo. L interfaccia utente di LabVIEW è una tecnologia unica, che permette di progettare una GUI custom con manopole e cursori per gli input e grafici, strumenti e indicatori per gli output. È possibile cablare direttamente al proprio algoritmo questi input e output, per avere la possibilità di modificare gli input all algoritmo mentre esso viene eseguito, con un feedback immediato dagli output. Il cablaggio del proprio algoritmo è semplice, e non ha alcun impatto negativo sulle prestazioni dell algoritmo stesso. Se si unisce questo approccio grafico interattivo per la messa a punto del proprio algoritmo con gli I/O reali per i quali LabVIEW è così ben noto, si ottiene un potente strumento di ingegneria degli algoritmi. Non solo è possibile visualizzare i risultati degli algoritmi sui quali si sta lavorando, ma è altresì possibile testare gli algoritmi stessi utilizzando dati reali, per accertare molto rapidamente che l algoritmo risponda come previsto con i veri sensori ed attuatori collegati ad esso. In un solo passo, è possibile progettare e prototipare interattivamente il proprio algoritmo con hardware reale per accelerare il processo molto iterativo della progettazione. LA FUTURA EVOLUZIONE D: Nella futura evoluzione di LabVIEW, molte novità ruoteranno quindi attorno al concetto di Graphical System Design. Quali sono gli altri nuovi sviluppi che verranno inclusi in LabVIEW per facilitare sempre di più l uso del Graphical System Design e renderne disponibili i vantaggi in nuove aree applicative? R: La matematica numerica è solo una delle aree nelle quali gli utenti ingegnerizzano algoritmi nell ambito dell approccio della progettazione grafica di sistema in LabVIEW. LabVIEW si è altresì sviluppato nelle aree del controllo avanzato e delle comunicazioni. Con LabVIEW Modulation Toolkit, gli utenti possono sviluppare link di comunicazione custom con blocchi costruttivi di base per codifica sorgente, codifica di canale e modulazione nei loro schemi LabVIEW. La notazione a dataflow del linguaggio LabVIEW è particolarmente utile per mostrare il percorso del segnale in sistemi di comunicazione come questi. Se si considera il numero di standard wireless differenti che stanno evolvendo o verranno introdotti nel breve termine, la capacità di mettere facilmente insieme i blocchi costruttivi per progettare ed implementare un link wireless custom o emergente può rivoluzionare l approccio seguito dai progettisti per introdurre nuovi prodotti sul mercato. Il lato interessante, in questo caso, è che questo approccio funziona altrettanto bene per il test. Se ci pensiamo, per testare un trasmettitore di comunicazione dobbiamo simulare l altro estremo del link il ricevitore, e viceversa. Quindi, l approccio della progettazione grafica di sistema non solo aiuta a velocizzare il processo di progettazione e prototipazione nell area delle comunicazioni, ma permette altresì agli ingegneri di test di tenersi aggiornati con i requisiti di test in rapido cambiamento. Una seconda area nella quale LabVIEW sta crescendo, è quella della progettazione e simulazione di controlli. Con il nuovo LabVIEW Simulation Module, gli utenti possono progettare e simulare i sistemi dinamici che spesso sono impiegati nei sistemi di controllo avanzati. Questa è un altra area dove essere in grado di combinare il processo di progettazione e simulazione con I/O reali crea in modo naturale un potente approccio per ridurre il time-to-market. Da un punto di vista hardware, la piattaforma LabVIEW Real-Time gioca un ruolo chiave nel permettere ai progettisti di eseguire i loro algoritmi di controllo direttamente su un sistema operativo LabVIEW Real-Time per prototipare i loro sistemi con I/O rispondenti a stimoli reali in condizioni molto realistiche. 5

6 01 A TU PER TU NUOVI TOOL Quali sono le caratteristiche dei nuovi tool D: inclusi in LabVIEW per il CAD, la prototipazione rapida, l implementazione, la validazione e la verifica di sistemi embedded? R: Oltre a incorporare capacità di progettazione native nella piattaforma LabVIEW, abbiamo sempre posto una grande enfasi sul mantenere aperta la piattaforma LabVIEW per integrare altri tool. Ciò continua ad essere enfatizzato anche mentre LabVIEW evolve in una piattaforma di progettazione. Oltre a utilizzare LabVIEW nativamente per progettare piattaforme di controllo, è possibile altresì utilizzare modelli di sistema dinamici sviluppati con il tool Simulink di The MathWorks all interno della piattaforma LabVIEW. Aprendo la piattaforma LabVIEW per potere eseguire modelli provenienti da altri tool di progettazione, LabVIEW estende i benefici del sistema di progettazione grafica con l ingegnerizzazione interattiva degli algoritmi agli utenti di altri tool. Simulink è solo uno dei tool per i quali abbiamo costruito connettività con tool matematici, tool di simulazione e tool di progettazione di terze parti. (Per i dettagli si può visitare ni.com\validation). In conclusione: che tipo di miglioramenti D: possiamo attenderci (in termini di Graphical System Design) nelle future release di LabVIEW? R: LabVIEW è una piattaforma unica, perché è sia un linguaggio di programmazione completo, sia un ambiente di progettazione grafica. Pertanto, abbiamo due vettori completamente differenti sui quali introdurre innovazioni e miglioramenti. Da oltre 20 anni, stiamo costruendo le capacità della piattaforma LabVIEW e anche dopo tutto questo investimento rimangono ancora molte aree da esplorare. Nel breve termine, supporteremo Windows VISTA con una nuova versione di imminente introduzione. Uno dei vantaggi chiave per i nostri clienti che utilizzano LabVIEW è che li proteggiamo contro i continui cambiamenti che si verificano nel mondo dei sistemi operativi general-purpose. Quando Microsoft aggiorna il proprio sistema operativo, molte volte gli upgrade impongono cambiamenti fondamentali nei tool di programmazione e delle architetture per il sistema operativo stesso e ciò richiede che gli sviluppatori apprendano nuovi tool e riscrivano le loro applicazioni. Con LabVIEW, il nostro primo impegno è fare in modo che tutti possano continuare ad utilizzare le loro applicazioni esistenti sul nuovo OS. Questa compatibilità e protezione degli investimenti a lungo termine è un valore chiave per i nostri utenti. Oltre VISTA, abbiamo in programma non solo di fornire versioni semplificate dell ambiente di programmazione LabVIEW, ma anche di estendere il linguaggio per l uso in team di sviluppatori più avanzati che lavorano sull ingegneria software hardcore. Fig. 2 Secondo Pasquarette, combinando matematica di tipo testuale con la GUI interattiva e le capacità di I/O fisico di LabVIEW, gli utenti possono progettare e prototipare molto rapidamente gli algoritmi sui quali stanno lavorando È possibile vedere questi due concetti uniti nel nostro recente annuncio con Lego. Grazie alla nostra partnership con Lego, l edizione più recente del loro sistema di robotica per bambini Lego Mindstorms usa una versione di LabVIEW per programmare i robot sviluppati dai bambini. Attraverso una versione semplificata di LabVIEW, migliaia di bambini progettano e costruiscono sistemi embedded custom con un ampia gamma di I/O integrati. Questo è un ottimo esempio di come la potenza di LabVIEW può essere confezionata anche per i programmatori meno esperti che sono alimentati principalmente dalla loro immaginazione: i bambini. Vediamo molte altre possibilità come questa nel futuro. Seguiteci. In futuro, LabVIEW continuerà ad evolvere e a cambiare, così come è avvenuto nei 20 anni passati. readerservice.it n.300 6

7 WHAT S NEW 01 LABVIEW E LA PROGRAMMAZIONE ORIENTATA AGLI OGGETTI La programmazione orientata agli oggetti (OOP - object-oriented programming) ha dimostrato la sua superiorità rispetto alla programmazione procedurale, come scelta strutturale, in numerosi linguaggi di programmazione. Favorisce infatti lo sviluppo di interfacce più pulite, semplifica le fasi di debug del codice e migliora le procedure di programmazione coordinata in grossi team di sviluppo. Ma che cos è la programmazione orientata agli oggetti e perché utilizzarla? Wikipedia offre la seguente definizione: Il concetto alla base della programmazione orientata agli oggetti è che un programma informatico può essere visto come una collezione di unità individuali interagenti, chiamate oggetti. Ciò si contrappone alla visione tradizionale, secondo la quale un programma può essere considerato come una raccolta di funzioni, o semplicemente come una lista di istruzioni per il computer. Ogni oggetto è in grado di ricevere messaggi, elaborare dati ed inviare messaggi ad altri oggetti, e può essere considerato come una piccola macchina indipendente avente la sua funzione specifica, oppure come un attore con un ruolo ben definito. I sostenitori della programmazione orientata agli oggetti, affermano che per i neofiti rappresenta un metodo più facile da apprendere, se paragonato agli approcci tradizionali. Inoltre, generalmente risulta più semplice sviluppare e aggiornare il codice se creato programmando a oggetti, in quanto l approccio si presta meglio all analisi diretta, alla codifica e alla comprensione di realtà e procedure complesse. NUMEROSI VANTAGGI Quali sono i vantaggi principali offerti dalla programmazione orientata agli oggetti in LabVIEW? Possiamo distinguere il caso dell utente che si avvicina per la prima volta a LabVIEW da quello del programmatore G esperto che non ha familiarità con l OOP. Nel primo caso, la forza di LabVIEW sta nel fatto che rende accessibili, anche a chi non sia un programmatore esperto, le potenzialità infinite offerte dal mondo informatico e alcune delle tecniche di programmazione più avanzate, come l object-oriented. Essendo però tecniche che richiedono notevoli sforzi per la pianificazione di un progetto, generalmente vengono scelte solo se l utente ha intenzione di intraprendere lavori di una certa complessità. Per quanto riguarda un programmatore G esperto, che non abbia però familiarità con i concetti dell OOP, il primo vantaggio è dato sicuramente dalla maggiore semplicità di debug dei programmi, in quanto l estrema modularità, tipica del codice a oggetti, permette di restringere la lista dei VI che potrebbero contenere l errore cercato. Un secondo vantaggio è rappresentato dalla maggiore facilità di manutenzione del codice. I progetti orientati agli oggetti portano a strutture più articolate, che aiutano gli sviluppatori ad essere più produttivi nel corso del tempo. Gli sviluppatori possono facilmente identificare le aree specifiche del progetto sulle quali desiderano intervenire, per apportare modifiche o aggiungere nuove funzionalità, ed hanno minore probabilità di introdurre errori in parti del codice non direttamente correlate. GLI UTENTI IDEALI A questo punto possiamo porci la domanda: chi dovrebbe utilizzare la programmazione orientata agli oggetti in LabVIEW? Sintetizziamo la risposta indicando tre casi ideali: coloro che devono mantenere aggiornati i VI per un lungo periodo di tempo, coloro che devono sviluppare grosse applicazioni e i gruppi di sviluppatori che lavorano sugli stessi VI. Chi potrebbe, invece, anche non avvalersi delle tecniche tipiche di questo approccio sono gli utenti express, abituati, per esempio, a creare rapi- Un esempio di programmazione a oggetti in LabVIEW damente singoli VI per eseguire una misura e a lavorare, quando possibile, tramite wizard di configurazione. In questi casi, le classi di LabVIEW potrebbero anche aggiungere solo inutili complicazioni. Per entrare nel merito dei dettagli tecnici, rimandiamo il lettore interessato alla sezione Dalla Carta al Web del presente numero della rivista, dove troverà un link per scaricare alcuni esempi didattici relativi alla programmazione orientata agli oggetti in LabVIEW. readerservice.it n 100 7

8 01 WHAT S NEW LABVIEW SI METTE IN GIOCO! National Instruments ha annunciato pochi mesi fa il rilascio del Toolkit NI LabVIEW per LEGO MINDSTORMS NXT, grazie al quale gli utenti di NI LabVIEW possono creare strumenti virtuali per azionare e controllare la nuova piattaforma robotica MINDSTORMS NXT Lambiente di sviluppo del sistema, l interfaccia di programmazione grafica MINDSTORMS NXT, è nata dallo sforzo congiunto fra LEGO e National Instruments. Questa collaborazione ha portato allo sviluppo di un software semplice da usare, basato su dragand-drop, e ottimizzato per rispondere al meglio alle esigenze dei principali utenti di questa piattaforma, cioè i ragazzi di età compresa fra i 10 e i 14 anni. Nato in occasione dei 20 anni di vita di LabVIEW, il toolkit prosegue una lunga tradizione fatta di successi e innovazione, ed estende anche il panorama dei possibili utilizzatori di MINDSTORMS NXT, come studenti e insegnanti di scuole superiori e università, offrendo loro strumenti avanzati di programmazione grafica, flessibili e potenti. Gli sviluppatori di terze parti avranno la possibilità di usare LabVIEW per creare nuovi blocchi di codice da importare e integrare in MINDSTORMS NXT, per estendere e personalizzare le funzionalità delle librerie già esistenti, e dare così modo agli utenti meno esperti di affrontare sfide tecnologiche più complesse e articolate, pur rimanendo sempre all interno dello stesso ambiente interattivo. Fig. 1 - L interfaccia di programmazione grafica MINDSTORMS NXT, realizzata interamente in LabVIEW, è nata dalla stretta collaborazione fra LEGO e di National Instruments Fig. 2 - Grazie al nuovo toolkit LabVIEW per LEGO MINDSTORMS NXT, gli utenti potranno sviluppare direttamente in LabVIEW le loro applicazioni, compilarle e scaricarle sul target robotico Diversamente, il toolkit consente anche di sviluppare interamente in LabVIEW il codice finale, che verrà poi scaricato a bordo del modulo di controllo del sistema robotico. Utilizzando l apposita finestra di comando, il programma finito viene compilato e trasferito sul terminale NXT via Bluetooth o connessione USB. Opzionalmente, può essere mandato subito in esecuzione al termine del download, e se attivata la modalità di debug si stabilisce un collegamento diretto con la macchina di sviluppo, dove risiede l interfaccia utente dell applicazione. Si possono scaricare vari programmi a bordo dello stesso terminale NXT, collegare un singolo PC a diversi terminali e sviluppare applicazioni remote in grado di comunicare con i sistemi robotici. Riassumiamo solo alcune delle principali caratteristiche della piattaforma MINDSTORMS NXT: Nuovo controller intelligente NXT a 32 bit, completo di batterie ricaricabili Kit di costruzioni LEGO TECHNIC con più di 400 pezzi Nuovi sensori di suoni e ultrasuoni e sensori migliorati sensibili al tocco e alla luce Tre servomotori con sensori di rotazione integrati 8

9 _whatnews :13 Pagina 9 W H AT S N E W S BREVI LabVIEW Touch Panel Module Grazie al nuovo LabVIEW Touch Panel Module di National Instruments, è possibile creare e distribuire rapidamente applicazioni HMI (interfacce uomo-macchina) per comunicare con piattaforme di NI real-time embedded come Compact FieldPoint, CompactRIO e Compact Vision System. Tali interfacce offrono un mezzo per visualizzare dati e controllare sistemi real-time autonomi. Il modulo include strumenti per lo sviluppo dell interfaccia utente, funzioni di comunicazione e funzioni di analisi e memorizzazione dei dati. Il modulo Touch Panel è ottimizzato per lo sviluppo di HMI destinate a dispositivi touch panel con Windows CE, come l NI TPC Supporto Bluetooth per comunicare con altri computer, telefoni cellulari e dispositivi palmari Nuovo software intuitivo di programmazione grafica, interamente programmato in LabVIEW. readerservice.it n 101 Fig. 3 - Alpha Rex, uno dei robot simbolo della piattaforma robotica MINDSTORMS NXT NUOVE SOLUZIONI GRAFICHE IN LABVIEW CON IL 3D PICTURE CONTROL Il 3D Picture Control, introdotto in LabVIEW 8.20, consente di creare scene 3D complesse, senza preoccuparsi delle complicazioni di basso livello tipiche della grafica 3D. L interfaccia di programmazione, semplice ma potente, permette di gestire la maggior parte dei tipici problemi di creazione, importazione e controllo di oggetti grafici. Il 3D Picture Control trae vantaggio da una gestione ottimizzata dei dati e supporta le specifiche di accelerazione hardware OpenGL, per ottenere fasi di rendering veloci e accurate. Tante le applicazioni che potranno beneficiare di questa gestione grafica avanzata in particolare possiamo individuarne un paio tra le più coinvolte: 1. Applicare i dati di misura a un modello 3D del sistema fisico in fase di studio, per meglio visualizzare le posizioni degli elementi, i profili di temperatura, i campi di sforzo, ecc. Si pensi, ad esempio, al caso del monitoraggio della deflessione dell ala di un aereo, misurata per mezzo di una griglia di 1000 strain gauge. 2. Applicare i dati simulati a un modello grafico 3D per facilitare le previsioni del comportamento del sistema e ottimizzare le fasi di progettazione. Un esempio applicativo è dato dalla modellizzazione di un braccio robotico e del suo algoritmo di controllo. Gli oggetti grafici vengono creati e controllati facilmente grazie a un set di VI specifici. Questa tecnologia consente di visualizzare modelli 3D (formattati come VRML, ASE o STL), importati da ambienti grafici di terze parti e integrarli nelle applicazioni tramite le variabili di LabVIEW. readerservice.it n 102 Ogni computer touch panel di National Instruments include una licenza di distribuzione per il modulo di LabVIEW (per i grossi sistemi industriali non sono previsti costi aggiuntivi per la distribuzione delle applicazioni). Il modulo sfrutta alcune delle funzionalità che hanno caratterizzato la versione 8.0 di LabVIEW e del modulo per PDA: l apertura di un progetto in LabVIEW, la definizione di un target touch panel e a seguire la compilazione, la distribuzione e l esecuzione dell applicazione sul dispositivo. Per gli utenti che in precedenza hanno utilizzato il modulo LabVIEW PDA per programmare l NI TPC-2006, il Touch Panel Module offre lo stesso ambiente di programmazione grafica e caratteristiche simili a quelle già utilizzate. Per comunicare con un target touch panel si possono utilizzare i protocolli TCP e UDP o un collegamento seriale. Se si dispone di un dispositivo touch panel con processore ARM, come l NI TPC-2006, è possibile utilizzare le variabili condivise per scambiare dati fra VI della stessa applicazione che gira sul touch panel o per condividerli in lettura e in scrittura con altre variabili condivise pubblicate in rete. Il dispositivo NI TPC-2006, grazie a un nuovo driver grafico aggiornato, supporta ora anche controlli 3D per il pannello frontale. readerservice.it n 103 9

10 01 TIPS & TECHNIQUES INTRODUZIONE ALLA COMUNICAZIONE TRA LABVIEW E LINUX REALTIME (RTAI) Massimo Lorenzi In questo articolo illustreremo la realizzazione e l'utilizzo di una libreria di VI in grado di consentire ad un programma LabVIEW di scambiare dati con un programma C/C++ in esecuzione parallela in ambiente real-time su piattaforma Linux (RTAI). Nelle applicazioni di controllo e simulazione è infatti spesso necessario abbinare l'utilizzo di un'interfaccia realizzata in LabVIEW, ricca di funzioni ma senza necessità di esecuzione deterministica, con un substrato realtime che renda possibile la creazione di uno strettissimo legame tra istruzione eseguita e suo tempo d'esecuzione. LABVIEW E LINUX RTAI Unire l'utilizzo di LabVIEW e Linux RTAI risulta essere una scelta vantaggiosa in tutti quei casi, la maggioranza, nei quali per un'applicazione è possibile distinguere operazioni che hanno la necessità di essere relazionate al proprio tempo d'esecuzione per realizzare correttamente la propria funzionalità, ed altre che non ne hanno bisogno. Per comprendere meglio questa distinzione, potremmo definire un'istruzione che realizza il campionamento di un segnale alla frequenza di 1kHz come necessariamente legata alla nozione del tempo in cui viene eseguita. Non può essere infatti arbitrariamente eseguita un po prima od un po dopo, pena la perdita di funzionalità causata dalla non equidistanza nell'acquisizione dei campioni. Al contrario, un'istruzione che realizza la visualizzazione a schermo dell'onda generata una volta terminata l'acquisizione, non viene meno nel realizzare la propria funzionalità se viene eseguita immediatamente dopo la fine dell'acquisizione o un po più tardi, ovvero se al posto di richiedere tre secondi per la propria esecuzione ne utilizza cinque o più. Il risultato è comunque conforme alle nostre aspettative funzionali : l'onda viene visualizzata. Nelle applicazioni di controllo e simulazione LabVIEW può tranquillamente occuparsi di tutte quelle operazioni che non richiedono stretta correlazione con il tempo d'esecuzione mentre lo strato real-time, creato sfruttando i moduli di RTAI, può occuparsi delle operazioni che hanno rigidi requisiti temporali. Ad esempio quindi potremmo simulare cinematicamente e dinamicamente lo spostamento di un robot cartesiano al fine di ricavare le impostazioni dei motori necessarie per realizzare lo spostamento alla velocità desiderata, sfruttando le funzioni matematiche e l'interfaccia verso altre applicazioni messe a disposizione da LabVIEW, e successivamente passare tali impostazioni calcolate alla parte real-time per l'esecuzione del movimento vero e proprio, caratterizzandolo quindi con una cadenza temporale d'esecuzione predeterminata. L'abbinamento proposto può essere realizzato semplicemente creando un canale di comunicazione dati tra LabVIEW e lo strato applicativo real-time che permetta ai due mondi di scambiarsi principalmente dati, più o meno grezzi, e comandi, atti ad implementare la sincronizzazione tra l'esecuzione delle due applicazioni. Questa condivisione può essere realizzata utilizzando porzioni di memoria di sistema, detta memoria condivisa o shared memory, oppure utilizzando una o più code fifo. Nel seguito illustreremo l'utilizzo di questa seconda tecnica. Per poter ottenere una corretta configurazione dell'ambiente real-time Linux RTAI si consiglia di visitare il sito Internet del progetto presente all'indirizzo per l'installazione di LabVIEW si rimanda alle relative istruzioni d'installazione. Il codice illustrato di seguito come esempio è stato realizzato e testato utilizzando un sistema x86 configurato con una distribuzione GNU/Linux Fedora Core 4, un kernel vanilla (www.kernel.org), RTAI versione 3.3 e la versione 8.20 di LabVIEW per Linux. CREAZIONE DELLE CODE FIFO Le code fifo rappresentano aree di memoria dedicate alla memorizzazione di dati e funzionano come buffer ordinati: i dati tipizzati vengono inseriti nella coda uno dopo l'altro e successivamente prelevati dalla stessa con il medesimo ordine. Fifo infatti è l'acronimo inglese di first in first out ed indica che la struttura di memorizzazione dati possiede ordine interno e regole di utilizzo (inserimento/prelievo). Le code fifo possono essere rappresentate graficamente come nella seguente figura: ogni blocchetto blu rappresenta lo spazio di memoria di un dato e le frecce indicano le direzioni obbligatorie di ingresso ed uscita. Fig Rappresentazione di una fifo 10

11 TIPS & TECHNIQUES Fig Selezione dell'import Wizard Fig Selezione del file di libreria (.so) e del file header Le code fifo devono essere obbligatoriamente create prima del loro utilizzo: la seguente istruzione crea un dispositivo a caratteri virtuale che viene utilizzato come riferimento per l'utilizzo della coda fifo. #!/bin/bash mknod -m 666 /dev/rtf$n c 150 $n Se vorremo utilizzare la coda di dati, apriremo, proprio come un file, il nostro dispositivo ed inizieremo ad inviare dati da memorizzare o a leggere dati da prelevare. La dimensione della coda, in termini di quantità di memoria utilizzabile per la memorizzazione, è finita e viene decisa a priori all'atto della sua creazione per evitare ogni possibile operazione di allocazione di memoria (operazione saltuaria che farebbe variare il tempo necessario all'utilizzo della struttura dati). Le code fifo già create come dispositivi virtuali nel sistema Linux vengono utilizzate dalle applicazioni realtime come base per poter creare le fifo realtime di scambio dati: è infatti l'applicazione realtime ad aprire le code fifo che poi verranno raggiunte dall'applicazione LabVIEW tramite il dispositivo virtuale /dev/rtfn. La creazione in ambito realtime avviene utilizzando le seguenti istruzioni (creazione di una fifo di nome fifo_data di dimensione byte): come una macchina a stati, oppure inviandole dati da processare, probabilmente risultato di una simulazione come si è già proposto, in modo molto veloce e diretto. Ovviamente è possibile, dimensioni della memoria permettendo, creare ed utilizzare tante fifo quante sono necessarie per realizzare efficacemente lo scambio dati e comandi. Grazie al Wizard Tool di importazione di librerie condivise (.so) inoltre, se si possiede una libreria scritta in C/C++ di accesso ai dispositivi fifo ed il relativo header file, la creazione dei corrispondenti VI che realizzano le funzioni della libreria C/C++ in LabVIEW è praticamente diretta. La conversione può essere infatti realizzata seguendo passo passo le indicazioni proposte a schermo, come illustrato nelle figure da 2 a 8. if ((fifo_data = (rtf_create (DATA_F1, )))) { printf ("CANNOT CREATE DATA FIFO DATA_F1\n"); end_hard_rt_task (0); } UTILIZZO DELLE CODE FIFO REALTIME IN LABVIEW Grazie all'utilizzo di code fifo, quindi, un VI può efficacemente comunicare con un'applicazione realtime, ad esempio facendole cambiare stato se questa è stata strutturata Fig Selezione delle funzioni della libreria da convertire in VI 11

12 01 TIPS & TECHNIQUES L'utilizzo della libreria appena creata è immediato: nella figura 8 i tre VI nell'ordine eseguono le operazioni di apertura, riempimento della coda con tre valori di tipo double e chiusura della stessa. Fig Controllo della conversione (tipi di dato, contesto d'esecuzione scelto per la funzione, ecc.) Fig Utilizzo dei tre VI creati. CONCLUSIONI L'utilizzo dell'ambiente GNU/Linux garantisce la possibilità di controllare in modo totale il comportamento del proprio sistema apportando modifiche, proprie o di terzi, allo stesso al fine di plasmarlo secondo le proprie esigenze, necessità fondamentale in molte applicazioni di tipo realtime. LabVIEW dall'altra parte mette a disposizione moltissime funzioni d'analisi e di interfaccia di livello più alto che rendono possibile lo sviluppo di applicazioni per sistemi GNU/Linux sfruttando la sua peculiare programmazione di tipo grafico. Fig Creazione automatica dei VI di libreria con icona. RIFERIMENTI Il codice C utilizzato come esempio in questo articolo può essere liberamente scaricato dalla sezione articoli del sito al quale si rimanda anche per eventuali commenti, correzioni o quant'altro. readerservice.it n 104 Fig Creazione automatica dei VI di libreria con icona (segue). Note sull autore Membro staff ilvg.it, Nick Apollon. Laureato in ingegneria informatica, lavora presso il Laboratorio Sperimentale di Robotica e Microsistemi (LSRM) dell'università degli Studi di Bergamo. 12

13 01 TIPS & TECHNIQUES IL LABORATORIO NEL PC: LA SCHEDA AUDIO Nicola Bavarone Questo articolo vuole essere un esempio per la realizzazione dei più comuni strumenti di laboratorio elettronico con LabVIEW e un PC standard, sfruttando i dispositivi di acquisizione/interfacciamento già presenti sul nostro calcolatore. Esso è indirizzato a tutti gli utilizzatori LabVIEW, con particolare attenzione agli studenti che possono realizzare gli strumenti in modo software, imparandone tutte le funzionalità intrinseche e senza dover sostenere le spese per schede di acquisizione dati commerciali Vediamo ora le caratteristiche standard di conversione: - Risoluzione : 8 bit; 16 bit (le più frequenti) - Rate: 8000; 11025; 22050; 44100Hz - Tensione d ingresso: (a seconda della scheda e da mic o line-in) circa 1,5 : 2V - Tensione d uscita: (a seconda della scheda e da headphone o line-out) circa 1 : 2V - Tipo di accoppiamento: in alternata (banda passante 20Hz 20kHz). Questa caratteristica rende la scheda non idonea per misure in continua o troppo lente. Altri parametri sono da verificare con i datasheet della scheda. Nota: Isolare sempre la scheda dal circuito in test, utilizzando trasformatori, fotoaccoppiatori e altro. La scheda audio non permette misure in continua o lentamente variabili nel tempo. SCHEDA DI ACQUISIZIONE ANALOGICA, LA SCHEDA AUDIO La scheda audio è a tutti gli effetti una scheda di conversione analogico/digitale (A/D), nel caso degli ingressi mic-in e line-in e ancora è una scheda di conversione digitale analogica (D/A) sulle uscite line-out o headphone (cuffie). Di conseguenza offre la possibilità di acquisire e generare segnali in tensione. I segnali trattati tuttavia sono molto deboli e quindi sia in ingresso che in uscita si dovrebbe realizzare un circuito di condizionamento e separazione per non provocare danni al computer. INTERFACCIAMENTO E CONNETTORI Sul connettore line-in, tipicamente il segnale d ingresso accettato è nel range 500mV 2V, con un impedenza di circa 10/47 kω. Questo canale è da preferire (se disponibile) al canale mic-in perché a doppio canale e perché accetta valori di tensione maggiori. Sul connettore mic-in (microfono), l ingresso a 5V è utile per alcuni tipi di microfoni, per il canale di acquisizione in questo caso si utilizzeranno solo il pin 1 e 3. Attenzione: il segnale in ingresso accettabile per non creare danneggiamenti alla scheda non deve superare i 10mV pp. Sul connettore line-out tipicamente il segnale massimo in uscita è 2V, con un impedenza che può variare da 30 a 400Ω. Se si vogliono monitorare andamenti sinusoidali (per esempio la tensione di rete) si può ricorrere ad un attenuatore realizzato per mezzo di un trasformatore e un paio di partitori. Un buon partitore sarebbe sufficiente a ridurre la tensione d ingresso alla scheda, ma non permette il disaccoppiamento fisico fra la scheda audio e la sonda, sempre consigliabile. 14

14 TIPS & TECHNIQUES GENERATORE DI FUNZIONI Realizziamo ora un generatore di funzioni a due canali per la scheda audio, in LabVIEW. Per interfacciarci alla scheda audio utilizziamo la palette graphics & sound/sound. I blocchi funzione per inviare un segnale sulle uscite line-out o headphone sono: - Sound Output Config.vi: Configura la scheda, impostando rate, risoluzione, qualità mono o stereo. - SO Volume.vi: Regola l'ampiezza del segnale inviato. - SO Write.vi: Invia in uscita il segnale, che può essere mono 8bit, mono 16bit, stereo 8bit e stereo 16bit. - SO Start.vi: Avvia l'invio del segnale. - SO Wait.vi: Attende finché tutti i segnali sono stati ricevuti dal buffer di uscita. - SO Clear.vi: Chiude la generazione e rilascia le risorse. Il while loop esegue un iterazione sola (condizione loop a false), è necessario comunque utilizzarla per settare lo shift register. Il terminale di selezione della case structure è collegato alla funzione first call, in modo che il vi si inizializzi solo la prima volta che viene chiamato e successivamente passi con lo shift register il task id direttamente al S.O. Volume.vi. La fig. 2 mostra i collegamenti di Ingresso e Uscita necessari al funzionamento. Channel SX e Channel DX sono due array[i16] che costituiranno il dato da trasmettere. Sound format è il cluster di inizializzazione della scheda audio. Amplitude DX e SX controlla l ampiezza del segnale in uscita (agisce sul volume). Per realizzare il blocco per generare il segnale, utilizziamo il basic function generator.vi, che permette di realizzare le forme d'onda più utilizzate, come sinusoidale, triangolare, quadra, dente di sega (sawtooth). Il segnale creato viene inviato al subvi Soundcard_out.vi. Fig. 2: Soundcard_ out Ingressi e Uscite Il diagramma del generatore di funzioni (function generator.vi) è illustrato nella fig. 3. L'interfaccia del generatore è mostrata nella fig. 4. Il primo step è quello di realizzare il blocco in grado di far convogliare il segnale sul canale della scheda audio. A tale scopo, si realizza il VI, Soundcard_out.vi, di cui riportiamo il diagramma nella fig. 1. Fig. 3: Diagramma del generatori di funzioni Fig. 1: Soundcard_out.vi Fig. 4: Interfaccia del generatore di funzioni 15

15 01 TIPS & TECHNIQUES Il pannello è diviso in due metà, una per canale. Ogni canale può generare diversi tipi di waveform (Sine, Square, Saw, Pink noise e White noise). E possibile gestirne l'angolo di fase, l'ampiezza e la frequenza. Si possono implementare, con un po' di lavoro, altre funzioni a piacimento, come controllo del duty cycle, pause, salvataggio della waveform, ecc. OSCILLOSCOPIO Realizziamo ora un oscilloscopio a 2 canali, sfruttando l'ingresso line-in o mic-in della scheda audio. Per la lettura del dato d ingresso della scheda audio, utilizziamo la palette graphics & sound/sound. Le funzioni per la lettura dei dati da scheda audio sono: - Sound Input Config.vi Configura l'ingresso della scheda. - Sound Input Start.vi Inizia l'acquisizione. - Sound Input Read.vi Rende disponibile l array dei valori presenti sul buffer della scheda audio (4 uscite, una per ogni tipo di configurazione hardware, es. 8bit mono, 16bit mono, 8bit stereo, 16bit stereo). - Sound Input Stop.vi Arresta l'acquisizione. - Sound InputClear.vi Chiude la connessione con il dispositivo associato al task id, quindi rilascia le risorse del sistema utilizzate dalla scheda. Fig. 6: Il subvi Extract rate fromsound format.vi Fig. 7: Il subvi Build audio data.vi Si realizza quindi il core object del progetto Oscilloscopio, che salviamo con il nome Soundcard_in.vi (fig. 5). Fig. 8: Diagramma del Soundcard_in.vi Read.VI in modo da avere un unica uscita indipendentemente dal tipo di impostazione del canale. Fig. 5: Il core object del progetto Oscilloscopio Questo blocco è incaricato di interfacciarsi e leggere il dato sulla scheda audio. All'interno, oltre alle funzioni di interfacciamento alla scheda, si notino i subvi Extract rate fromsound format.vi (fig. 6), che ha l'incarico di estrarre il rate selezionato dal cluster di configurazione, e Build audio data.vi (fig. 7), che concatena i 4 array di uscita del SI Il diagramma del Soundcard_in.vi viene quindi mostrato nella fig. 8. Inserendo il Soundcard_in.vi all'interno di un while loop e posizionando un grafico da collegare all'uscita di questo vi, collegando direttamente la presa mic alla Headphone, e utilizzando il generatore di funzioni per generare una funziona sinusoidale a 100Hz, si ha la rappresentazione di fig. 9. La realizzazione dell'oscilloscopio deve ora prevedere le 16

16 TIPS & TECHNIQUES Fig. 9: Rappresentazione finale dell oscilloscopio funzioni tipiche di un oscilloscopio, ricordando che si ha a disposizione un solo canale e che non si riesce ad acquisire bene frequenze inferiori a 20Hz. Il case contiene quindi il codice per la lettura da scheda audio, la lettura da file e la scrittura su file. A questo punto, occorre aprire il diagramma del file oscilloscopio.vi e creare il case, disegnandolo in modo che contenga il subvi di acquisizione soundcard_in.vi. Infine, inserire quindi nel pannello un Cluster che contenga tre boolean (Acquire, Load, Save), ritornare al diagramma e completare il codice come nella fig. 10. Ora si inseriscano i frame per la lettura e la scrittura su wav file, realizzando il codice delle figure 11 e 12. Il vi Oscilloscopio può ora salvare e leggere file di formato wave. Si possono estendere le funzionalità, implementando anche salvataggio e lettura su file di testo, ecc. Nota: A seconda del computer utilizzato si possono avere visualizzazioni diverse. È molto importante impostare accuratamente i parametri del mixer di sistema (volume, microfono, preamplificazione se prevista, ecc.). FILE WAVEFORM La waveform catturata con l'oscilloscopio o generata dal generatore di funzione si può salvare o leggere in formato.wav. Si utilizzano per questo i VI disponibili nella palette sound: - Sound Write Wave File.vi Salva la waveform. - Sound Read Wave File.vi Restituisce un array dei dati campionati nel file wav. Per una dimostrazione pratica, inseriamo queste funzioni all'interno dell' oscilloscopio. Per inserire una funzione inseriamo una struttura case, che gestisca le operazioni effettuate sull'oscilloscopio. Fig. 11: Frame per la lettura di wav file Fig. 12: Frame per la scrittura su wav file CONCLUSIONI La scheda Audio rappresenta un buon punto di partenza per studiare LabVIEW e l'acquisizione digitale. E possibile migliorare il progetto aggiungendo funzionalità e ottimizzando gli esempi mostrati. Fig. 10: Inserimento di tre boolean nel cluster readerservice.it n 106 Note sugli autori Nicola Bavarone: ILVG Staff, Resp. Lab. T&M motori elettrici presso WAY 17

17 01 DALLA TEORIA ALLA PRATICA LABVIEW IN DOMOTICA: GESTIONE DI UNA RETE DI SENSORI ZIGBEE Michele Corrà La sfida: realizzare un applicativo software per la gestione e la configurazione di una rete sperimentale di sensori wireless, la visualizzazione dei dati acquisiti ed il loro salvataggio. Inoltre, rendere l applicazione aperta a future estensioni. Tretec ha vinto la sfida utilizzando le potenzialità di programmazione avanzata in NI LabVIEW per la comunicazione via protocolli standard, la visualizzazione grafica, la gestione dati/file e di array/cluster complessi al fine di realizzare una interfaccia utente semplice, intuitiva ed efficace Fig. 1 - Nodo di rete WSN Lapplicazione Domotic WSN, sviluppata da Tretec (http://www.3tec.it) per conto del Dipartimento di Informatica e Telecomunicazioni dell Università degli Studi di Trento (http://www.dit.unitn.it), permette la gestione e la configurazione di una rete di sensori wireless (Wireless Sensor Network) nonchè l acquisizione, l elaborazione ed il salvataggio delle misure effettuate. LA RETE WIRELESS La rete wireless è composta da una serie di nodi prototipo (fig.1) realizzati da Optoelettronica Italia S.r.l. (http:// e si basa su di una comunicazione radio in standard MAC ZigBee compatibile. La struttura fisica prevede l impiego di un nodo configurato come master (coordinator di rete o FFD, Full Function Device) ed una serie di nodi configurati come slave (end device o RFD, Reduced Function Device). Il sistema domotico è configurato come un sistema distribuito di acquisizione dati su protocollo wireless.ogni nodo slave è attualmente dotato di sensori ambientali per il monitoraggio di temperatura, umidità e illuminazione. La struttura hardware modulare dei nodi consentirà la futura integrazione di altre tipologie di sensori.la comunicazione tra master e software avviene via connessione USB ed una porta seriale virtuale attraverso il protocollo Modbus, implementato grazie all utilizzo delle funzioni contenute nella libreria Modbus Library for LabVIEW, scaricabile gratuitamente dalla Developer Zone del sito della National Instruments. Il master si occupa di tenere traccia dei nodi collegati alla rete (fig. 2) e di archiviare i dati ricevuti, mentre l applicazione sviluppata con LabVIEW può interrogare il master inviando richieste per conoscere la topologia della rete oppure per la richiesta dei dati memorizzati e comunicati dai nodi slave. 18

18 DALLA TEORIA ALLA PRATICA CONFIGURAZIONE DELLA RETE Le principali modalità operative dell applicazione sono: - config: configurazione della rete - run: acquisizione, visualizzazione e salvataggio misure distribuite. In modalità configurazione è possibile: - verificare il corretto collegamento del master al PC; - ricavare informazioni relative al numero dei nodi che appartengono alla rete ed al tipo di misure che essi possono effettuare; - aggiungere o eliminare manualmente uno o più nodi; - impostare i parametri relativi ad ognuno dei nodi (descrizione, valori di soglia, misura principale); - scegliere il percorso del file e la modalità in cui i dati verranno archiviati (log unico oppure log per singolo nodo); - caricare file di dati salvati in precedenza e visualizzazione dei relativi grafici; - selezionare la planimetria da utilizzare per il sinottico; - posizionare i nodi, trascinandoli con il mouse, all internodel sinottico collocandoli nella loro corretta posizione spaziale. LA MODALITÀ RUN In modalità run è possibile: - l acquisizione dei dati: l applicazione invia al master, ad intervalli regolari di tempo definiti dall utente, una richiesta Modbus di ricezione dati; il master risponde inviando le misure ricevute dai nodi durante l intervallo di tempo. - la visualizzazione tabulare dei dati di ciascun nodo e salvataggio su file. Ad ognuno dei nodi appartenenti alla rete è associato un cluster attraverso il quale vengono mostrati il numero identificativo, il valore, la data e l ora dell ultima misura effettuata, ed un indicatore luminoso che si accende nel caso in cui la misura superi i valori di soglia impostati. - l aggiornamento di un sinottico grafico (fig. 3). I nodi vengono rappresentati graficamente all interno di un sinottico. Cliccando con il mouse sul sinottico stesso, può essere messo in evidenza e visualizzato in una finestra esterna all applicazione (con un fattore di zoom impostabile dall utente). La visualizzazione grafica dei dati di nodo (grandezze di ogni singolo nodo) o in forma aggregata (di tutti i nodi); posizionando il puntatore del mouse su uno qualsiasi dei nodi viene visualizzato il grafico, secondo le impostazioni selezionate tramite il tab delle opzioni grafiche. Fig. 3 - L'applicativo Domotic WSN Queste ultime consentono di scegliere se mostrare in tempo reale sul grafico una o tutte le grandezze relative ad un singolo nodo oppure a tutti i nodi che appartengono alla rete. - accedere allo storico delle grandezze acquisite dai nodi consentendo all utente un analisi approfondita dei dati. L APPLICAZIONE L applicazione è stata interamente realizzata utilizzando LabVIEW in ambiente WindowsXP. Per lo sviluppo, oltre ai tradizionali strumenti messi a disposizione da LabVIEW per la gestione di file, di array/cluster di dati complessi e per la visualizzazione di grafici, si è fatto largo uso della programmazione ad eventi in LabVIEW. Attraverso la Event Structure è stato possibile, infatti, risolvere in maniera efficace le problematiche relative all utilizzo del mouse come strumento per la gestione dello spostamento degli oggetti sullo schermo consentendo la realizzazione di un interfaccia utente semplice ed intuitiva. La struttura modulare con cui il software è stato realizzato permette di poter approntare modifiche piuttosto velocemente rendendo il codice aperto alla possibilità di prossimi sviluppi futuri. In conclusione, sono stati utilizzati NI LabVIEW e NI Modbus Library for LabVIEW. readerservice.it n 107 Fig. 2 - Topologia star della rete WSN. Note sull autore Michele Corrà: Tretec 19

19 01 DALLA TEORIA ALLA PRATICA COMPACTRIO PER ATTIVITÀ SUL FONDO MARINO Halvor Snellingen La sfida era quella di preparare il fondo marino per il posizionamento di condutture per il trasferimento di gas naturale dagli enormi giacimenti al largo della costa norvegese, nel Mare del Nord. LabVIEW e CompactRIO hanno permesso di azionare i sistemi idraulici del veicolo sottomarino Spider di Nexans, controllato da remoto, durante le attività di spianamento e creazione del fondo per la conduttura Il giacimento di gas naturale di Ormen Lange è stato scoperto nel 1997 al largo della costa occidentale della Norvegia. E il secondo maggior giacimento di gas naturale su territorio norvegese ed è potenzialmente in grado di fornire circa 20 miliardi di metri cubi di gas ogni anno. Ormen Lange, che in norvegese significa la lunga serpe, si estende per approssimativamente 40 km a circa metri sotto il livello del mare, ed ha un'ampiezza di 8 km. Il giacimento, operativo a partire dal 2007, sarà equipaggiato di gasdotti sottomarini posizionati ad una profondità che può variare da 800 a 1100 metri sotto il livello del mare. Il condotto sarà in grado di trasferire gas dalle piattaforme di produzione all impianto per il trattamento sito a Nyhamna, Norvegia. Il gas seguirà poi un percorso a km sotto il livello del mare che lo porterà ad Easington, sulla costa orientale del Regno Unito, e verso altre destinazioni sulla costa occidentale del continente. CONDIZIONI AMBIENTALI DIFFICILI Le condizioni climatiche piuttosto difficili, come temperature molto al di sotto dello zero, mari molto mossi e forti correnti sottomarine, richiedono l impiego di strumenti estremamente affidabili. Le attrezzature utilizzate al giacimento non possono essere di tipo convenzionale. Le sorgenti di gas naturale sul fondo marino verranno infatti collegate dal gasdotto direttamente all impianto di lavorazione di Nyhamna sulla terraferma. Alle rigide condizioni climatiche della regione, si aggiunga inoltre una topografia del fondo oceanico molto irregolare. I condotti devono potersi fare strada sul terreno roccioso in modo da non presentare sezioni prive di supporto particolarmente vulnerabili e danneggiabili. Per risolvere questo problema, Nexans ha sviluppato Spider, uno speciale escavatore comandato a distanza (remote 20

20 DALLA TEORIA ALLA PRATICA operated vehicle - ROV) appositamente progettato per preparare il fondo marino alla dislocazione di gasdotti su terreni in forte pendenza o terreni rocciosi ad elevate profondità. Spider si basa sul progetto di un macchinario per il taglio delle foreste di concezione svizzera, ed è stato equipaggiato per operare su terreni a grandi profondità e in forte pendenza. SOFTWARE 3D Spider è azionato attraverso un software 3D, sensori posizionati su tutte le sue parti in movimento e una rete di trasmettitori acustici presenti sul fondo marino. LabVIEW permette di aggiornare il modello in 3D del fondo marino in tempo reale e mostrare la modificata configurazione del terreno attraverso l utilizzo di interfacce utente (HMI). Inoltre, dettagliati controlli ed ispezioni vengono svolti le attività di scavo sono riprodotte in formato ActiveX 3D sul pannello frontale di LabVIEW. La visualizzazione 3D mostra un modello del fondo marino e la posizione attuale dello Spider in tempo reale grazie ad una serie di sensori dislocati sul corpo del rover. Il corpo e le benne di Spider sono telecomandate da un comune joystick commerciale. LabVIEW è in grado di leggere i comandi attraverso i VI specifici ed inviare i segnali di controllo attraverso un link a fibre ottiche a Spider, persino ad una profondità di metri. Fig. 1 - Nexans ha utilizzato LabVIEW e CompactRIO per controllare i sistemi idraulici di Spider, un veicolo azionato in remoto progettato per attività sul fondo marino (Foto: Norsk Hydro) quotidianamente da un veicolo sottomarino dotato di ecoscandaglio. Spider può essere controllato con una precisione al centimetro anche ad una profondità di metri. Spider è manovrato e monitorato dalla sala di controllo di una nave tramite il software LabVIEW. L operatore ha una panoramica completa dello spazio d azione di Spider tramite varie schermate di LabVIEW. Numerose telecamere disposte sul corpo dello Spider permettono di visualizzare video da varie inquadrature. Tutte CONTROLLO ED ACQUISIZIONE DATI I tre sistemi di controllo industriale ed acquisizione dati NI CompactRIO posizionati sulle navi che seguono lo Spider sono esposti al difficile ambiente marino per lunghi periodi e soggetti a temperature proibitive, aria salata ed elevati tassi di umidità. I tre sistemi hanno il compito di regolare il galleggiamento e controllare argano e alimentazione elettrica comunicando con le principali applicazioni LabVIEW. Tutti gli algoritmi per queste applicazioni vengono gestiti in tempo reale da CompactRIO. La piattaforma LabVIEW ha contribuito allo sviluppo e realizzazione di un sistema di facile manutenzione anche in condizioni ambientali e climatiche difficili soprattutto grazie al potente paradigma di programmazione sia per l HMI che per il controllo embedded. readerservice.it n 108 Nota sull autore Halvor Snellingen: Nexans 21

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