Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione. Acquisizione dati da sistemi di misura

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1 Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione

2 Acquisizione dati e controllo remoto Il ricorso a tecniche di acquisizione dati è vantaggioso nelle seguenti situazioni controllo remoto di strumenti localizzati in aree pericolose o inaccessibili esecuzione automatica di misure ripetitive acquisizione, elaborazione e presentazione dei risultati di una misura controllo di processi 2

3 HW e SW per acquisizione dati Un sistema di acquisizione dati è costituito da trasduttore circuiti di condizionamento del segnale scheda di acquisizione dati (DAQ) calcolatore software di interfaccia tra catena di acquisizione ed utente, per elaborazione e rappresentazione dei risultati 3

4 Sistema di acquisizione dati 4

5 Trasduttori Convertono una grandezza fisica in una grandezza elettrica misurabile. Possono fornire un segnale analogico (e.g. termocoppie, termistori, fotodiodi) un segnale digitale (e.g. encoder) 5

6 Condizionamento del segnale A seconda delle caratteristiche del segnale proveniente dal trasduttore possono rendersi necessarie alcune operazioni amplificazione isolamento (contro transitori in alta tensione o anelli di massa) filtraggio (contro il rumore, antialiasing) alimentazione linearizzazione (contro nonlinearità dei trasduttori) 6

7 Scheda di acquisizione (DAQ) Costituisce l interfaccia tra i circuiti di condizionamento ed il calcolatore 7

8 Calcolatore e software di acquisizione Rendono possibili alcune operazioni sui dati tra cui salvataggio dei dati elaborazione ed analisi dei dati rappresentazione dei dati opportunamente elaborati Forniscono inoltre un interfaccia di semplice utilizzo tra utente e sistema di misura 8

9 Acquisizione dati da strumenti di misura La catena di acquisizione richiede gli stessi elementi del caso generale. In questo caso specifico interfaccia di comunicazione sullo strumento e relativo firmware (trasduzione, condizionamento e digitalizzazione del segnale) interfaccia di comunicazione sul calcolatore bus di comunicazione (ethernet, RS232, GPIB) software di controllo del processo di acquisizione dal lato del calcolatore 9

10 LabView (National Instruments) E un ambiente di sviluppo di programmi, simile, negli effetti, ad altri ambienti di programmazione che si basano su linguaggi più noti (e.g. C, Java) Ricorre ad un linguaggio di programmazione grafico che consente la creazione di programmi nella forma di diagrammi a blocchi 10

11 LabView (National Instruments) LabView possiede librerie di funzioni per la maggior parte delle necessità di programmazione librerie per specifici sistemi operativi librerie per il controllo remoto di strumenti librerie per salvataggio, analisi e presentazione dei dati strumenti per il debugging e lo sviluppo dei programmi Esiste nelle versioni per Windows, MacOSX e Linux 11

12 Strumenti virtuali (VI) I programmi sviluppati in ambiente LabVIEW sono definiti Virtual Instruments (VI), ognuno dei quali possiede: un interfaccia interattiva per l utente uno schema a blocchi che costituisce l equivalente del codice sorgente nei linguaggi di programmazione testuali block diagram front panel 12

13 Pannello frontale Interfaccia interattiva per l utente Riproduce il pannello di uno strumento reale, sul quale si trovano pulsanti, manopole, indicatori 13

14 Diagramma a blocchi Rappresenta il codice sorgente del VI E costituito da blocchi variamente interconnessi con l aggiunta di strutture che governano il flusso dei dati 14

15 Status toolbar Bottone di Run Bottone di Run Continuo Bottone di Abort Bottone di Pausa Scelta del Font Allineamento Distribuzione Altri bottoni nella Diagram Toolbar (Funzioni di DEBUG) Esecuzione evidenziata Step Into Step Over Step Out 15

16 Tools palette Floating palette contenente strumenti di editing e debugging Strumento di interazione con il VI Strumenti per il Posizionamento/ Ridimensionamento Strumento per il testo Strumento di interconnessione Strumento per i menu contestuali Strumento per lo Scorrimento (PAN) Strumento di Breakpoint Strumento Probe Strumento per la gestione dei colori (Primo e secondo piano) 16

17 Control and Function Palettes Controls Palette (richiamabile nel pannello frontale) Functions Palette (richiamabile nel diagramma a blocchi) Cerca Un livello su nella gerarchia della palette Opzioni di Browsing Floating palettes Le palettes possono essere convertite in palettes fisse, con funzioni di Cerca e Options 17

18 Controlli Oggetti posti sul pannello frontale per introdurre un dato in uno strumento virtuale 18

19 Indicatori Oggetti posti sul pannello frontale per visualizzare un dato in uscita da uno strumento virtuale 19

20 Strutturazione dei programmi Ogni VI può essere inserito all interno di una struttura di programma secondo due diverse modalità: strutturazione gerarchica: ogni VI può essere utilizzato come programma di massimo livello (top-level VI) o come sottoprogramma (subvi) subvi top-level VI subvi strutturazione sequenziale: i dati prodotti da un VI possono essere passati ad un altro VI VI 1 VI 2 20

21 Sub VI Possibilità di richiamare nel block diagram un altro VI (struttura gerarchica funzioni C ) Il VI deve essere dotato di un icona e di terminali 21

22 Esempio: calcolo del coefficiente angolare di una retta Y = mx + q m: pendenza della retta 22

23 Creazione dell icona Right-click nell icon pane (sia nel Front Panel che nel Block Diagram) Possibilità di icone differenti (B&W per stampa, a 16 o 256 colori) 23

24 Creazione dei terminali (connectors) Click 24

25 Alternativa per la creazione di un sub-vi Selezionare la porzione di block diagram l area che si vuole far diventare un subvi Selezionare la voce Create SubVI dal menu Edit 25

26 Context help Help Contestuale In linea Bloccato (Fisso) Versione Semplice o Dettagliata CTRL + H Riferimenti In linea Tutte le funzionalità disponibili commentate 26

27 Cercare gli errori Tecniche di debug Premendo il pulstante di Run spezzato è possibile far apparire l elenco degli errori Evidenziare il flusso di elaborazione Premendo il pulsante Execution Highlighting il flusso dell nformazione è rappresentato tramite bolle che scorrono sui fili. Su di essi è anche rappresentato il valore. Utilizzare i Probe Un Right-click sul filo permette di scegliere una Custom Probe. E anche possibile selezionare lo strumento Probe nella Tools palette e selezionare il filo. 27

28 Breakpoints Tecniche di debug Con lo strumento Breakpoint, nella Tools palette, si può selezionare il filo o il nodo che determinano l arresto del programma Pulsanti Step Into, Over e Out per l esecuzione passo-passo Il pulsante Step Into abilita l esecuzione passo passo; dopo averlo abilitato, ogni pressione fa avanzare l esecuzione al nodo successivo Il pulsante Step Over abilita il passo passo o consente di saltare il nodo successivo Il pulsante Step Out consente di uscire dall esecuzione di un nodo 28

29 Funzioni Blocchi elementari del linguaggio di programmazione grafico strutture di controllo (cicli for, while, strutture case, etc.) funzioni numeriche funzioni logiche funzioni che operano su stringhe funzioni che operano su vettori funzioni di raggruppamento funzioni di confronto 29

30 Funzioni funzioni di temporizzazione e gestione degli errori e delle finestre di dialogo funzioni per la gestione dei file funzioni per l acquisizione dati funzioni per la comunicazione remota con strumenti funzioni per la comunicazione remota con calcolatori funzioni per l analisi dei dati 30

31 Esempi di funzioni 31

32 Connessioni Percorso seguito dai dati tra due nodi. Il colore della connessione dipende dal tipo di dato trasportato: blu per i numeri interi arancione per i numeri in virgola mobile verde per i dati booleani rosa per le stringhe alfanumeriche anche lo spessore della connessione fornisce informazioni sul tipo di dato trasportato (scalare, vettore...) Scalare Array 1D Array 2D Numeric Boolean String Arancio (floating point) Blu (integer) Verde Rosa 32

33 Tipi di dati 33

34 Conversioni numeriche I dati numerici sono per defaults in doppia precisione (8 bytes) o long integer (4 bytes) LabVIEW converte automaticamente tipi differenti (CAST) Un punto grigio indica il CAST implicito 34

35 Strutture Le strutture per l'esecuzione includono sezioni del codice grafico e permettono di controllare come e quando il codice è in esecuzione Le strutture di esecuzioni più comuni sono i While Loop, For Loop e Case Structures da utilizzare per avviare la stessa sezione del codice diverse volte o eseguire una sezione diversa del codice in base a determinate condizioni Tra le strutture disponibili, le più comuni sono For Loop While Loop Case Structure Sequence Structure Formula Node 35

36 Ciclo While Come un ciclo Do Loop o un ciclo Repeat-Until nei linguaggi di programmazione testuali, un While Loop esegue un sottodiagramma fino a quando non si verifica una condizione 36

37 Condizioni di uscita dal ciclo While Right-click del terminale di uscita per determinare quando interrompere il loop Iterazione raggiunta (Parte a contare da 0) Condizione di uscita 37

38 Tunnel nelle strutture I dati entrano ed escono dalle strutture attraverso tunnel Il tunnel appare come un blocco, pieno (indicizzazione disabilitata, dato scalare) o vuoto (indicizzazione abilitata, dato vettoriale), sul bordo del While Loop (o di altre strutture) Il blocco è dello stesso colore del tipo di dato collegato al tunnel I dati escono dal ciclo quando il ciclo termina Quando un tunnel fornisce dati a un ciclo, il ciclo si avvia solo dopo che i dati arrivano al tunnel 38

39 Shift registers Accessibili ai margini delle strutture cicli Right-click sul bordo e selezionare Add Shift Register Il terminale a DX conserva il valore al termine dell iterazione corrente Il terminale a SX restituisce il valore all iterazione precedente Valore Iniziale Valore Iniziale Valore 1 Valore 1 Valore 2 Valore 2 Valore 3 Valore 3 Prima dell inizio del ciclo 1a iterazione 2a iterazione Iterazione Finale 39

40 Shift registers Right-click sul terminale di SX per aggiungere nuovi elementi Previous values are available at the left terminals Valore al ciclo K-1 Valore al ciclo K-2 Valore al ciclo K-3 Valore al termine del ciclo Right-click sul margine per aggiungere un nuovo shift register Ciclo corrente: K 40

41 Inizializzazione di uno shift register Inizializzato Non Inizializzato Esecuzione 1 Valore iniziale = 5 Valore iniziale = 0 Esecuzione 2 (Senza aver chiuso LV) Valore iniziale = 5 Valore iniziale = 8 41

42 Ciclo For Un For Loop esegue un sottodiagramma un dato numero di volte 42

43 Ciclo For il count terminal è un terminale d'ingresso il cui valore indica quante volte ripetere il sottodiagramma l'iteration terminal è un terminale di uscita che contiene il numero di iterazioni completate 43

44 Temporizzazione dei cicli Quando un ciclo termina di eseguire un iterazione, esso comincia immediatamente ad eseguire l iterazione successiva, a meno che esso non raggiunga una condizione di arresto Più frequentemente, avete bisogno di controllare la frequenza o la temporizzazione dell iterazione Per esempio, se state acquisendo dati e volete acquisirli ogni 10 secondi, avete bisogno di un modo di temporizzare le iterazioni del ciclo in maniera tale che esse avvengano una volta ogni 10 secondi Anche se non avete necessità che l esecuzione avvenga ad una certa frequenza, dovete dare al processore il tempo di completare altri task, come il trattamento dell interfaccia utente 44

45 Temporizzazione dei cicli Attende finché il contenuto del timer è un multiplo di millisecond multiple si usa tipicamente per sincronizzare i cicli al clock di sistema Attende il numero specificato di millisecondi 45

46 Struttura Case Una struttura Case ha due o più sottodiagrammi, o casi (condizioni) - è simile a istruzioni switch o a istruzioni if then else nei linguaggi di programmazione testuali. è visibile solo un sottodiagramma alla volta e la struttura esegue un solo caso alla volta Un valore di ingresso determina quale sottodiagramma deve essere eseguito etichetta del case selector - contiene al centro il nome del selector value che corrisponde al caso e ai lati le frecce di decremento o incremento collegate un valore di ingresso, o selettore, al selector terminal per determinare quale caso eseguire 46

47 Struttura Case: esempio 47

48 Struttura Sequence Una struttura sequence esegue in una sequenza preordinata il codice contenuto in una successione di frame, o da sinistra verso destra (flat sequence) o dal frame 0 al frame N-1 (sequenza di N stacked frame) Flat sequence structure Stacked sequence structure 48

49 Formula node Il Formula Node può essere utilizzato per eseguire operazioni matematiche complesse utilizzando la struttura sintattica del linguaggio C (ricordare il ; finale) variabili indipendenti operazione matematica variabili dipendenti Z1=f(x,y); Z2=g(x,y); 49

50 Waveform Chart Accessibile nella Controls >> Graph subpalette Più veloci!! Tre modalità di scorrimento: right-click >> Advanced >> Update Mode 50

51 Dati in ingresso ad un waveform chart Single-Plot Chart Multiple-Plot Chart (Function palette >> Bundle) 51

52 Esercizi Programma per la risoluzione dell equazione di secondo grado (si utilizzi il formula node). Il programma deve indicare, con l accensione di un led, il caso in cui il discriminante sia negativo Programma che effettua la somma dei primi N numeri interi (si utilizzi un for loop, con shift registers). Si verifichi che il risultato è uguale ad N(N+1)/2. Esercizi c), d) ed e) proposti dal tutorial 52