STRUMENTAZIONE VIRTUALE: LabVIEW

CAP 14 Concetti chiave < Cluster < Diagramma a blocchi < Struttura virtuale < Vettori < Waveform LabVIEW Laboratory virtual instrument engineering workbench A/D Analog to digital converter GPIB General purpouse interface bus VXI VME extension for instrumentation CAN bus Controller area network bus DAQ Data adquisition D/A Digital to analog converter I/O Input/Output STRUMENTAZIONE VIRTUALE: LabVIEW 1 L AMBIENTE DI SVILUPPO LABVIEW 2 DIAGRAMMA A BLOCCHI 3 PROGRAMMAZIONE DI UNO STRUMENTO VIRTUALE 4 STRUTTURE DEI DATI 5 STRUTTURE DI PROGRAMMAZIONE Lo strumento tradizionale è un dispositivo a sé stante dotato della possibilità di scambiare segnali con l esterno e di un interfaccia utente fissa costituita da manopole, pulsanti, quadranti, grafici e altri dispositivi simili. All interno del dispositivo vi sono circuiti elettronici specializzati per le specifiche funzioni, come convertitori A/D, condizionatori di segnale, microprocessori, memorie e un bus interno; questi componenti cooperano per convertire i segnali provenienti dall esterno, analizzarli e presentare i risultati all utente. Il produttore definisce tutte le caratteristiche e le prestazioni dello strumento, e l utente non può modificarle. Oggi si è affermata la tendenza a utilizzare i personal computer (PC) come motori della strumentazione. Gli strumenti virtuali fanno propria la struttura aperta adottata dai PC per quanto riguarda i processori, le memorie e la visualizzazione, mentre la possibilità di inserimento nel bus di schede a basso costo e di immediata disponibilità per l acquisizione dei dati e l interfacciamento di strumenti IEEE 488 (GPIB), VXI e su bus industriali (RS-485/422, CAN bus) fornisce al PC le prestazioni necessarie per le applicazioni di strumentazione. L architettura aperta del PC permette al progettista di definire le prestazioni dello strumento virtuale e di conferirgli capacità elaborative dei dati acquisiti maggiori di quelle fornite dagli strumenti tradizionali, grazie anche alla continua evoluzione e all aumento delle prestazioni dei PC. L ambiente di sviluppo LabVIEW permette di realizzare, mediante un PC, un vero e proprio laboratorio di misura dotato di molti strumenti. Le caratteristiche tecniche degli strumenti simulati dal computer vengono programmate dal progettista e dipendono dall interfaccia hardware adottata. Il pacchetto applicativo LabVIEW, che qui descriveremo, consente di programmare lo strumento virtuale con un interfaccia interamente grafica, di facile apprendimento e programmazione. Dispone di una libreria di strumenti virtuali e di applicazioni vastissima, che può essere facilmente consultata nei siti Internet della ditta produttrice. I dispositivi di acquisizione dati (DAQ) sono schede plug-in che si inseriscono direttamente nel bus dati del computer. I trasduttori sono collegati ai DAQ direttamente o attraverso una scheda di condizionamento del segnale, che può essere analogico o digitale. Una scheda, in genere, può svolgere più funzioni tra cui conversioni A/D e D/A, operazioni di I/O digitali e di conteggio, e temporizzazione. Si possono acquisire temperature, pressioni, portate, segnali nella forma di loop di corrente 4 20 ma. I moduli di condizionamento generalmente effettuano le operazioni di multiplazione dei segnali, l isolamento, l amplificazione, la compensazione del giunto freddo (per le termocoppie), il filtraggio ecc. La libreria di strumenti che supporta l ambiente di sviluppo LabVIEW mette a disposizione dei progettisti i driver degli strumenti più diffusi sul mercato, e questo consente di ridurre drasticamente i tempi di program- CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 1

PID Proporzionale-integrativo-derivativo SPC Statistical process control mazione dato che non è più necessario programmare lo strumento e ci si può concentrare sull architettura del sistema di misura. Al sistema base si affianca poi una serie di strumenti che amplia le possibilità di impiego e quindi le prestazioni del sistema, quali software che consentono: l elaborazione dei segnali, dal punto di vista matematico e grafico; l analisi in frequenza e nel tempo; l esecuzione e gestione di test; il controllo PID; il collegamento a database; il controllo statistico di processo (SPC), in linea con dati già raccolti; il collegamento a Internet; l elaborazione delle immagini. Sul sito Internet è disponibile, per concessione della National Instruments, la versione Student della più recente versione dell ambiente di sviluppo LabVIEW, la settima. Il programma, pienamente funzionante, permette di sviluppare applicazioni significative che consentiranno allo studente di accrescere le proprie competenze professionali. La licenza d uso limita l utilizzo del programma a titolo personale nel domicilio dello studente e, pertanto, non può essere usato dalle istituzioni scolastiche nei propri laboratori. Sempre sul sito Internet è inoltre disponibile un corso di approfondimento, in italiano, sull utilizzo del programma in formato.pdf. 1 L AMBIENTE DI SVILUPPO LabVIEW VI Virtual instrument L ambiente di sviluppo a disposizione del progettista utilizza una serie di componenti grafici che permette la composizione sullo schermo di strumenti virtuali (VI) che riproducono il tipico pannello di un tradizionale strumento di laboratorio (4Fig. 14.1). Le funzionalità dello strumento virtuale sono ovviamente superiori a quelle dello strumento tradizionale, perché quest ultimo è programmabile e quindi può facilmente essere arricchito con nuove prestazioni. Il pannello frontale, presente sullo schermo, permette all operatore di inserire dati, visualizzare misure, predisporre, operando con il mouse sulle icone, il funzionamento dello stru- Fig. 14.1 Strumento virtuale. 2 Vol. 3 - MODULO G

mento con operazioni analoghe a quelle effettuate premendo i pulsanti di un apparecchiatura tradizionale. Al di sotto dell interfaccia grafica, un programma gestisce le operazioni. Il linguaggio di programmazione utilizzato non è un classico linguaggio basato su caratteri alfanumerici e una sintassi, come il C, il Pascal o il Basic, ma è completamente visuale (G language) ed è detto diagramma a blocchi (4Fig. 14.2). Il blocco è una procedura di misura e viene connesso ad altri blocchi mediante linee di collegamento che costituiscono il canale di comunicazione su cui i dati vengono trasmessi. Ogni strumento virtuale è identificato da un icona e può essere utilizzato come componente (Sub-VI) in un altra applicazione, in pratica funziona come un sottoprogramma in un linguaggio di programmazione tradizionale. Fig. 14.2 Diagramma a blocchi. Il pannello frontale Il pannello frontale va progettato con attenzione perché è l interfaccia verso l utente e quindi deve possedere ottime caratteristiche di visibilità dei dati e di accesso ai controlli. Gli elementi che si possono collocare sul pannello frontale sono: i controlli; gli indicatori; gli elementi di completamento (colori di sfondo, linee di contorno ecc.). Controlli I controlli sono gli strumenti usati dal progettista per inserire nel programma i dati da elaborare. Possono essere di tipo numerico, booleano o alfanumerico. I dati numerici possono essere inseriti (4Fig. 14.3): digitandoli in un apposita casella (Numeric); selezionandoli all interno di un campo di valori predefiniti in una lista aperta (List Box) o con menu a tendina (Ring); posizionando un cursore su una barra a scorrimento lineare (Slide); ruotando una manopola a posizioni fisse o a regolazione continua (Knob, Dial). CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 3

Fig. 14.3 Controlli numerici. I dati booleani richiedono una scelta tra due posizioni; gli elementi grafici (4Fig. 14.4) possono assumere varie forme: quelle tipiche dei pulsanti o dei bottoni tipo Windows. Fig. 14.4 Controlli booleani. I dati alfanumerici (4Fig. 14.5) sono gestiti con l inserimento di stringhe formate sia da caratteri sia da numeri, con traiettorie di memorizzazione o di ricerca, con tabelle a due entrate. Fig. 14.5 Controlli alfanumerici. 4 Vol. 3 - MODULO G

Ogni elemento possiede varie proprietà che possono essere definite dal progettista per controllare il processo di inserimento dei dati (Format & Precision), personalizzare il simbolo grafico con scritte adatte all applicazione sviluppata (Representation, Visible Items). Per i dati di tipo numerico si può scegliere il formato di visualizzazione dei dati, intero o a virgola mobile (Floating Point), con o senza segno, di 8, 16 o più bit, limitare il campo di variazione dei dati (Data Range), assegnare un valore di default; l inserimento può avvenire in chiaro, visualizzando le stringhe digitate, oppure con la rappresentazione tipica delle password con asterischi (Password Display). Per i tipi booleani, che possono assumere solo due valori, si può determinare il tipo di azione meccanica esercitata all attivazione: bistabile (interruttore) rimane nel nuovo stato, monostabile (pulsante) rimane nel nuovo stato solo per un certo intervallo di tempo e poi ritorna automaticamente allo stato precedente. L attivazione avviene con la pressione o con il rilascio del tasto. Indicatori I dati acquisiti ed elaborati dal programma vengono visualizzati mediante strumenti detti indicatori, suddivisi in numerici, booleani e alfanumerici. La figura 14.6 mostra i diversi tipi di indicatore numerico che il programma mette a disposizione: presentazione del crudo dato numerico in una casella; strumenti digitali con display di grande formato per permettere un agevole lettura del dato numerico anche a distanza; strumenti con indicatore a lancetta per permettere la valutazione quantitativa e qualitativa dei fenomeni misurati, cioè la vicinanza o meno dei valori al valore di fondo scala; grafici, per visualizzare mediante diagrammi cartesiani (2D) o tridimensionali (3D) vettori di dati acquisiti dallo strumento; diagrammi polari; diagrammi di Smith; Fig. 14.6 Indicatori numerici, booleani e alfanumerici. CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 5

cronometri; barre a riempimento che permettono di avere un immediata percezione qualitativa del fenomeno controllato. Gli indicatori booleani sono rappresentati in genere da led, di forma circolare o rettangolare, che modificano il loro colore a seconda dello stato in cui si trovano. Le stringhe alfanumeriche sono visualizzate come caselle di testo e tabelle a due entrate, dotate di cursori per lo scorrimento orizzontale e verticale. Come per i controlli, anche gli indicatori sono dotati di proprietà, cui si accede dopo avere puntato l oggetto e cliccando il tasto destro del mouse, che permettono di definire caratteristiche quali: l aggiunta di intestazioni, il formato di visualizzazione (base numerica di rappresentazione), il campo di variabilità dei dati da visualizzare, il set di caratteri, l impostazione di valori di default, l eventuale trasformazione dell indicatore in un controllo per acquisire informazioni. Elementi di complemento Il pannello frontale può essere completato da scritte che forniscono ulteriori informazioni come il nome della ditta o del progetto in cui la strumentazione virtuale è stata inserita, le linee di contorno e gli altri oggetti grafici di abbellimento. PER FISSARE I CONCETTI 1. 2. 3. 4. Che cos è uno strumento virtuale? Qual è la funzione dei controlli in uno strumento virtuale? Quali sono i principali tipi di indicatore? A che cosa servono i dispositivi di acquisizione dati (DAQ)? 2 DIAGRAMMA A BLOCCHI Lo strumento virtuale viene realizzato con un linguaggio di programmazione grafico basato sul diagramma a blocchi e sulla rappresentazione del flusso dei dati (data flow programming). Il diagramma blocchi si disegna utilizzando i seguenti elementi grafici: la struttura di controllo, che ha la forma di un rettangolo; le icone dei blocchi funzionali, che elaborano i dati forniti ai loro ingressi; le linee di connessione, che trasportano le informazioni; i controlli (o terminali di ingresso), che permettono l inserimento di dati numerici, booleani e alfanumerici; le costanti, valori assegnati dal programmatore che non cambiano durante l elaborazione; gli indicatori (o terminali di uscita), che permettono di visualizzare i dati risultanti dall elaborazione. Lo spessore delle linee di connessione permette di distinguere se i dati trasferiti sono singoli o aggregati (vettori, cluster); per facilitare la gestione 6 Vol. 3 - MODULO G

dei dati numerici il programma utilizza un codice a colori che ne individua il formato (4Tab. 14.1). Tabella 14.1 Codice a colori per l individuazione del formato dei dati COLORE Blu Arancione Verde Rosa Marrone o rosa FORMATO DEI DATI intero a virgola mobile booleano stringhe cluster Fig. 14.7 Proprietà delle icone. Il programma non consente connessioni fra oggetti incompatibili e segnala l errore tratteggiando la linea di collegamento senza connettere gli oggetti. La struttura di controllo effettua l elaborazione dei dati forniti dai terminali di ingresso, dalle costanti, da altre strutture di controllo utilizzando elementi grafici che replicano le strutture di controllo tipiche dei linguaggi di programmazione (if, case, while, for) e alcune strutture di calcolo tipiche di questo linguaggio come i Formula node (che contengono le formule da utilizzare per l elaborazione dei dati) e le Sequenze (che controllano l ordine di esecuzione dei dati da elaborare). Ogni strumento virtuale è legato a un icona che lo identifica in modo univoco, così da poter essere riutilizzato in altre applicazioni. L icona viene posizionata dal programma in alto a destra; cliccando su di essa con il pulsante destro si apre un menu a tendina che consente al progettista di effettuare una serie di operazioni sulle proprietà dello strumento virtuale (4Fig. 14.7). È possibile: visualizzarne le proprietà; modificare l icona con un programma di editor disponibile nella piattaforma di sviluppo; aggiungere, rimuovere o sconnettere un terminale; attribuire a ciascun terminale una proprietà: connettere obbligatoriamente (Required), raccomandato (Recommended), non obbligatorio (Optional); modificarne l orientamento sullo schermo. È consigliabile posizionare i terminali di ingresso a sinistra e quelli di uscita a destra, in modo che il flusso dei dati segua un percorso univoco aiutando il progettista a capire con maggiore chiarezza l elaborazione effettuata su di essi. 3 PROGRAMMAZIONE DI UNO STRUMENTO VIRTUALE La figura 14.8 mostra la finestra di avvio dell ambiente di programmazione. L attivazione dei bottoni di selezione a sinistra dello schermo permette: di creare un nuovo strumento virtuale oppure di modificarne uno già disponibile dopo averlo aperto; CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 7

di studiare alcuni esempi sviluppati dai laboratori di ricerca della ditta produttrice; di utilizzare un programma (Tutorial) che attraverso un percorso didattico guidato evidenzia le caratteristiche di impiego del prodotto. Fig. 14.8 Finestra di avvio di LabVIEW. L attivazione del comando di creazione di un nuovo strumento fa aprire due nuove finestre (4Fig. 14.9). La prima finestra serve per disegnare il pannello frontale che ha uno sfondo grigio, la seconda consente l inserzione del diagramma a blocchi che ha lo sfondo bianco. Entrambe le finestre mostrano, in alto a destra, l icona di identificazione dello strumento e presentano la stessa barra degli strumenti; eventuali ampliamenti del prodotto o schede hardware installate sul PC ampliano le opzioni disponibili e quindi anche le icone visualizzate. Fig. 14.9 Finestra di programmazione. La selezione della finestra del pannello frontale fa aprire altre due finestre che mostrano due raccolte di strumenti per la realizzazione dello strumento virtuale. La prima finestra, denominata tavolozza degli strumenti (Tools Palette) è comune a entrambe e mette a disposizione del progettista i seguenti strumenti (4Fig. 14.10): 8 Vol. 3 - MODULO G

operativo, permette di modificare gli indicatori e i controlli sul pannello frontale attribuendo loro un valore; è l unico strumento che rimane attivo quando il programma è in esecuzione; di selezione, con il cursore si possono selezionare oggetti e con un click agganciarli e spostarli o ridimensionarli nella finestra di lavoro; di editing, consente di modificare i testi e i valori inseriti negli oggetti che compaiono sulla finestra; di collegamento, consente di tracciare, nella finestra dei diagrammi a blocchi, le linee di connessione fra i blocchi funzionali; permette di associare, nella finestra del pannello frontale, indicatori e controlli con la griglia delle connessioni che viene visualizzata in alto a destra, al posto dell icona dello strumento virtuale; di menu, equivale alla pressione del tasto destro del mouse quando il cursore sul monitor punta un oggetto; apre il menu delle proprietà; di scorrimento, permette di effettuare il panneggio della finestra attiva; di breakpoint, permette di disinserire nel punto desiderato del blocco (struttura di controllo, linea di connessione ecc.) l arresto dell elaborazione dei dati al fine di valutare, durante le procedure di controllo e verifica dei programmi (debug), i valori assunti dai dati; di analisi, consente di creare una sonda che fornisce il valore del dato che a ogni istante transita lungo la linea di comunicazione; di selezione del colore, permette di acquisire il colore di un oggetto disegnato sul pannello frontale; è una funzione utile quando si vogliono uniformare i colori utilizzati dallo strumento virtuale. Fig. 14.10 Tavolozza degli strumenti. ICONA TOOL DESCRIZIONE Operativo consente d intervenire su tutti i tipi di controllo e di indicatore; è attivo anche nella fase di run Di selezione Di editing Di collegamento Di menu Di scorrimento Di breakpoint Di analisi Di selezione colore Del colore selezione, posizionamento, spostamento e ridimensionamento degli oggetti presenti nell area di lavoro edita le caselle di testo numeriche e alfanumeriche traccia le linee di interconnessione tra blocchi funzionali sul diagramma mostra le proprietà degli oggetti selezionati panneggio consente l inserimento di punti di arresto dell elaborazione su linee di connessione o su una struttura di controllo; è utile in fase di debug consente di misurare lo stato di una linea di connessione, come la sonda di uno strumento; è utile in fase di debug seleziona il colore di un oggetto selezionato; è utile in fase di realizzazione in quanto consente, se desiderato, di dare a tutti gli oggetti lo stesso colore cambia il colore di molti oggetti selezionandolo da una tavolozza CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 9

Fig. 14.11 Tavolozza di controllo. La seconda finestra contiene la tavolozza di controllo nella quale vengono mostrati tutti gli elementi di controllo, indicatori e decorativi disponibili. La figura 14.11 mostra le icone disponibili e la loro funzione. ICONA DESCRIZIONE ICONA DESCRIZIONE controlli e indicatori numerici attribuisce un riferimento numerico agli oggetti controlli e indicatori booleani elementi per finestre di dialogo (radiobutton, checklist, bottoni, edit text, text ecc.) controlli e indicatori alfanumerici raccolta di controlli e indicatori classici (pulsanti a levetta, diodi led di varia forma ecc.) contenitori per controlli e indicatori (array, cluster) controlli e oggetti ActiveX controlli e indicatori a lista, tabella o mappa elementi decorativi per il layout dello strumento indicatori numerici grafici a due e tre dimensioni selezione di uno strumento virtuale dalla libreria controlli e indicatori con menu ad anello (ring) controlli programmati dall utente acquisizione dati da periferiche esterne (DAQ, VISA, VI1) e generazione di dati verso strumenti esterni (waveform) kit per la comunicazione via Internet (FTP, SMTP, Telnet) La selezione della finestra del diagramma fa aprire due finestre: la prima è nuovamente quella che contiene la tavolozza degli elementi di controllo, la seconda finestra presenta la tavolozza delle funzioni (Function Palette). Quest ultima è una raccolta delle strutture di controllo e dei blocchi funzionali che possono essere inseriti in un blocco per l elaborazione dei segnali. La figura 14.12 mostra le principali icone che attivano le funzioni disponibili, che permettono: di controllare i flussi di dati; di effettuare elaborazioni matematiche con funzioni di tipo algebrico, trigonometrico e logaritmico; di utilizzare costanti numeriche; di impiegare l algebra booleana; di manipolare e creare stringhe alfanumeriche; di manipolare vettori di dati e di cluster; di usare funzioni di comparazione dei dati; di gestire i messaggi di errore; di gestire le operazioni di lettura e salvataggio di dati su file; di gestire e utilizzare schede di acquisizione dati inserite nel PC (configurazione e attribuzione dei valori ai parametri di acquisizione della scheda ecc.); di gestire le temporizzazioni; di gestire la rappresentazione delle forme d onda (waveform); 10 Vol. 3 - MODULO G

Fig. 14.12 Tavolozza delle funzioni. di analizzare nel tempo e in frequenza i segnali; di utilizzare funzioni matematiche complesse; di comunicare con altri strumenti attraverso le porte di comunicazione del PC; di comunicare attraverso la rete Intenet (TCP/IP) o con altri programmi applicativi (ActiveX); di gestire le funzioni che si integrano con l ambiente Windows; di utilizzare le librerie per l analisi dei sistemi fisici e la loro simulazione numerica. ICONA DESCRIZIONE ICONA DESCRIZIONE contiene le strutture di controllo del flusso dei dati e le variabili globali e locali funzioni di tipo algebrico (somma, sottrazione, moltiplicazione ecc.), trigonometrico (seno, coseno ecc.) e logaritmico, costanti numeriche (pi greco) e funzioni di conversione funzioni di algebra booleana (And, Or, Not ecc.) e di conversione fra varie basi numeriche e codici gestisce la comunicazione con strumenti collegati con porte di comunicazione standard (GPIB, Rs-232, VXI) pacchetto aggiuntivo Motion & Vision; gestisce l acquisizione e la gestione delle immagini da una telecamera creazione e manipolazione delle stringhe alfanumeriche e funzioni di conversione da numero a stringa e viceversa funzioni matematiche complesse (calcolo matriciale, algebra lineare, funzioni numeriche, formule ecc.) collegamenti con altri programmi applicativi mediante Internet (TCP), UDP, ActiveX creazione e gestione di vettori (array) controllo delle applicazioni, stampa dello strumento virtuale, aiuto, uscita dal programma creazione e manipolazione di cluster tutorial funzioni di confronto tra dati (uguale, diverso, maggiore ecc.) e di verifica del campo di variazione gestisce i processi di stampa delle informazioni riguardanti l applicazione in uso temporizzazioni e orologio; finestre di dialogo e messaggi di segnalazione di errori lettura e salvataggio di dati su file in vario formato adatto ai fogli elettronici più diffusi consente l accesso a librerie specializzate che permettono di manipolare i dati, di gestire le code di eventi, di accedere ai registri di Windows selezione di uno strumento virtuale acquisizione dati analogici e digitali dai circuiti di condizionamento dei segnali; gestiscono le schede di acquisizione dati (DAQ) collegate con il PC creazione e visualizzazione di forme d onda controlli programmati dall utente analisi in frequenza e nel tempo di dati acquisiti dal sistema per campionamento gestisce il collegamento con Internet, consente l invio di posta elettronica e l attribuzione di un indirizzo Internet Molte delle icone presenti sia nella tavolozza degli elementi di controllo sia in quella delle funzioni sono in realtà dei sottomenu: quando sono attivate aprono un altra finestra con ulteriori possibilità di selezione. Si distinguono dalle altre per la presenza, in alto a destra, di una freccia nera. CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 11

ESEMPIO CREAZIONE DI UNO STRUMENTO VIRTUALE Supponiamo di voler realizzare lo strumento mostrato nella figura 14.13 (VI1). Il pannello frontale visualizza sullo strumento indicatore, dopo averlo adattato al suo fondo scala, il risultato della somma tra il valore selezionato con la manopola graduata e quello presente sullo slide, finché non viene premuto il pulsante di stop. Fig. 14.13 Pannello frontale dello strumento virtuale VI1. Si entra nel programma e si seleziona il nuovo strumento virtuale. Si aprono le due finestre, quella del pannello frontale e quella dello schema a blocchi; selezioniamo la finestra del pannello frontale. Si aprono la finestra degli strumenti e quella degli strumenti di controllo. Da quest ultima selezioniamo e trasciniamo sulla finestra del pannello frontale il controllo desiderato (una manopola graduata, uno slide e uno strumento indicatore analogico). Se il posizionamento non è corretto possiamo controllarlo agganciando l elemento con il cursore su uno dei punti bianchi e trascinandolo nella nuova posizione. Preleviamo poi l elemento grafico di tipo booleano: il bottone che servirà per arrestare il processo di misura (4Fig. 14.14). Fig. 14.14 Posizionamento degli oggetti sul pannello dello strumento di misura. 8 12 Vol. 3 - MODULO G

8 L operazione successiva consiste nel portare il cursore sul bottone, pigiare il pulsante destro del mouse per attivare il menu delle proprietà e, con il comando Visibile Terms, cambiare l etichetta, il testo all interno del bottone ed eventualmente anche il font e le dimensioni del testo. Con la stessa procedura possiamo intervenire sullo strumento indicatore modificando il valore di fondo scala: la scala graduata si aggiorna automaticamente. Non modifichiamo la manopola graduata. A questo punto passiamo alla finestra dei blocchi di controllo e ritroviamo, in una posizione spaziale simile a quella in cui abbiamo posizionato gli oggetti sul pannello frontale, le icone degli oggetti. Secondo le specifiche, lo strumento che vogliamo realizzare deve effettuare la misura e visualizzarla finché non viene attivato il bottone che arresta la misura; il ciclo di controllo è quello standard di while. Apriamo il sottomenu delle strutture di controllo (4Fig. 14.15) e selezioniamo il ciclo While Loop. Con il mouse circondiamo i tre oggetti: attorno a essi compare un riquadro che li racchiude. Ai due angoli in basso del riquadro ci sono due icone: una, a sinistra, con la lettera i che contiene un numero intero pari alle iterazioni effettuate, l altra, a destra, serve al controllo del ciclo di while. Nel nostro esempio è la pressione del bottone di stop che fa arrestare la scansione; poiché il ciclo di while viene eseguito finché la condizione è vera, dobbiamo inserire un blocco not che inverta lo stato del bottone. Fig. 14.15 Strutture di controllo. 8 CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 13

8 Fig. 14.16 Ciclo di while: collegamento del bottone di stop. Preleviamo dalla tavolozza delle funzioni il blocco not e, utilizzando lo strumento di collegamento, tracciamo una linea che lo collega all icona di controllo del ciclo di while (4Fig 14.16). L operazione di editing viene terminata premendo il tasto in alto a sinistra con l icona di fine editing a forma di V. La scala della manopola graduata varia da 0 a 10 e quella dello slide da 0 a 10; la manopola dello strumento varia da 0 a 40: per adattare le due scale, il valore letto sul terminale di ingresso dev essere moltiplicato per 2. Preleviamo dallo strumento operativo l elemento che permette di introdurre una costante (nel nostro caso 2) e dalla tavolozza delle funzioni un blocco moltiplicatore. Utilizzando lo strumento di collegamento colleghiamo sia il blocco della costante sia quello del terminale di ingresso agli ingressi del blocco moltiplicatore, e colleghiamo la sua uscita allo strumento indicatore. In questo caso il dato costante è un numero intero e il dato proveniente dal terminale di ingresso è del tipo floating point; il programma genera sempre un numero del tipo floating point: se la conversione non fosse stata possibile il sistema non avrebbe permesso il tracciamento della connessione. A questo punto è sufficiente tornare alla finestra del pannello frontale e attivare il comando Run. Agiamo sulla manopola per modificare il dato di ingresso e lo leggiamo moltiplicato per 10 sull indicatore analogico. Se il programma rileva qualche errore, il tasto di Run, che come icona ha una freccia orientata a destra, mostra una freccia spezzata e la sua attivazione apre una finestra che elenca gli errori sintattici riscontrati. L attivazione di Run, tramite l icona con le doppie frecce, fa ripartire l applicazione automaticamente dopo il suo arresto. Il comando Stop arresta l elaborazione, ma è anche possibile eseguire l elaborazione passo passo ed evidenziare a ogni esecuzione il percorso dei segnali. Altre icone ci possono aiutare nel posizionamento degli oggetti per allinearli correttamente. Oltre ai comandi a menu esiste una classica barra Windows che apre una serie di menu a tendina che permette di attivare i comandi e le funzioni che abbiamo appena descritto (4Fig. 14.17). Il menu File permette di salvare su disco i dati dello strumento virtuale con estensione.vi. 8 14 Vol. 3 - MODULO G

8 Fig. 14.17 Menu a bottoni che controlla la fase di run e di collaudo. 1 2 3 4 5 6 1 Run esegue il programma che gestisce lo strumento virtuale; se assume la forma di una freccia spezzata vi sono errori nel programma 2 Run continuo continua a eseguire il programma 3 Stop termina l esecuzione del programma 4 Pausa sospende l esecuzione del programma 5 Font consente di cambiare il font utilizzato nel diagramma o nel pannello frontale dello strumento virtuale 6 Oggetti permette di allineare gli oggetti posizionati sul foglio di lavoro Il programma è affiancato da una guida di aiuto che può essere attivata dalla barra principale, o durante l utilizzo, con il comando Ctrl-H che crea messaggi di aiuto sensibili al contesto, cioè coerenti con la situazione di lavoro in cui viene usato. Il collaudo del programma è supportato da funzioni di controllo comuni a tutti gli strumenti di sviluppo del software. Esiste la possibilità di eseguire il programma passo passo, inserire breakpoint, visualizzare il valore dei dati, evidenziare il percorso dei segnali, espandere e comprimere le strutture di controllo. Gli strumenti virtuali possono essere memorizzati individualmente oppure raccolti in un unico file costituendo una libreria. Questo file utilizza l estensione.lib. 4 STRUTTURE DEI DATI I dati che possono essere trattati dallo strumento virtuale sono singoli (scalari), di tipo numerico, booleano o alfanumerico, ma anche strutture più complesse contenenti insiemi di dati omogenei (vettori) o eterogenei (cluster, waveform). Vettori I vettori sono insiemi di dati dello stesso tipo (intero, floating point, boolean ecc.), a una o più dimensioni. Per creare un controllo o un indicatore di tipo vettoriale si utilizza un contenitore di tipo array prelevato dalla finestra Array & Cluster, presente nella tavolozza di controllo. L oggetto è ridimensionabile in modo da permettere la visualizzazione di un solo dato, di più dati o di tutti i dati. Il software dispone di n serie di strumenti che permettono di creare, inizializzare, manipolare, ordinare, aggiungere e togliere dimensioni ai vettori (4Fig. 14.18). Cluster e waveform I cluster sono strutture che raggruppano dati eterogenei come i record in Pascal o le struct in C. La costruzione del cluster richiede la costruzione di un contenitore CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 15

prelevato nella finestra Array & Cluster. Al suo interno sono poi inseriti valori numerici, booleani, alfanumerici, array. Devono però essere tutti dello stesso tipo: o controlli o indicatori. Fig. 14.18 Vettori. Ogni elemento all interno del cluster è caratterizzato da un nome e da un numero d ordine che viene assegnato automaticamente dal programma, ma che può essere modificato dal progettista. Per manipolarlo esiste, a livello di diagramma a blocchi, una finestra Cluster che permette di scomporlo (unbundle) e di ricomporlo (bundle) dopo aver cambiato i valori o riorganizzato i dati. Le waveform sono simili ai cluster e hanno la stessa struttura. Sono utilizzate per la visualizzazione dei dati sotto forma di grafici. Poliformismo Un importante caratteristica di alcuni oggetti è la loro capacità di adattarsi al tipo di dato fornito in ingresso, adottando le opportune conversioni dei dati numerici. Per esempio, il blocco Somma è in grado di sommare uno scalare a un vettore, aggiungendo il dato scalare a tutti gli elementi del vettore, o di sommare, nel caso di due vettori, gli elementi corrispondenti, generando un nuovo vettore Somma. 5 STRUTTURE DI PROGRAMMAZIONE Nell esempio che abbiamo svolto in precedenza, per ottenere la lettura iterativa degli strumenti di ingresso e di uscita abbiamo utilizzato il ciclo di while. Il sistema dispone però anche di altri tipi di controllo del ciclo di esecuzione delle istruzioni. Il blocco di controllo del ciclo di for è mostrato nella figura 14.19a, il numero attribuito all etichetta N, posta nell angolo in alto a sinistra, determina il numero di iterazioni: se è nullo il codice non viene eseguito. Il blocco di controllo del ciclo di while ha la struttura mostrata nella figura 14.19b e viene iterato finché la condizione imposta al terminale di controllo (la freccia nell angolo in basso a destra) non diventa falsa. Questo ciclo viene comunque eseguito almeno una volta. Il terminale i, nell angolo in basso a sinistra di entrambe le strutture, fornisce un numero intero che rappresenta il numero di iterazioni del ciclo effettuate fino a quel momento. 16 Vol. 3 - MODULO G

Figg. 14.19a, b Blocco di controllo: a. cicli di for; b. cicli di while. 14.19a 14.19b Fig. 14.20 Blocco di controllo Case. La figura 14.20 rappresenta il blocco di controllo Case, che ha la forma di un contenitore con a destra il terminale di selezione del Case e in alto una barra indice che mostra il valore assunto dal dato collegato al terminale di selezione. Per ogni valore ammesso dal codice di selezione viene aperto un diverso contenitore corrispondente a porzioni di codice differenti. La struttura di controllo Sequenze forza l esecuzione del codice a essa connessa e stabilita dal programmatore. Si presenta con la stessa struttura a contenitori multipli (frame) del Case, ma mentre quest ultimo può essere eseguito in qualsiasi ordine, Sequenze viene eseguita nell ordine numerico stabilito dal programmatore. La scrittura di formule matematiche complesse è estremamente faticosa da effettuare con lo strumento grafico. In questo caso è utile ricorrere al blocco di controllo Formula node, che permette di scrivere le formule in forma testuale. PER FISSARE I CONCETTI 1. 2. 3. A che cosa serve il blocco di controllo? Come si programmano i cicli di for e di while? Nel testo abbiamo parlato di cluster e di waveform: che cosa sono? CAP 14 - Strumentazione virtuale: LabVIEW 17