TP n o 4 Programmation d une sonnerie avec LabVIEW 1

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1 TP n o 4 Programmation d une sonnerie avec LabVIEW 1 Ce travail pratique demande une préparation avant d être exécuté au laboratoire C (voir 5). Il est donc primordial de lire au moins une fois ce syllabus en entier avant de débuter la conception des programmes qui sont demandés. 1 Introduction Le but de ce travail est de mettre en application un certain nombre de notions de programmation vues en classe au cours de l enseignement du logiciel LabVIEW, et d utiliser les fonctionnalités du logiciel dédiées à l acquisition de données. L objectif est de concevoir une sonnerie de porte de magasin qui se met en marche lorsque celle-ci s ouvre, et qui peut également être utilisée comme système d alarme. Pour cela, le programme demandé devra comporter deux parties principales : la lecture d un signal, permettant de connaitre si la porte du magasin est ouverte ou fermée, et la génération de la sonnerie. Ces deux tâches seront effectuées par l intermédiaire d une seule carte d acquisition, la PCI-6221, qui est déjà connectée au bus PCI interne des ordinateurs disponibles au laboratoire. Il s agit d une carte multi-fonctions de moyenne gamme, et dont les spécifications sont données sur Moodle. Elle possède 8 entrées analogiques (en mode différentiel), qui peuvent donc lire des signaux, et 2 sorties analogiques de ±10 V, qui peuvent quant à eux générer des signaux. Ces deux spécificités, qui sont décrites dans ce qui suit, seront donc simultanément utilisées. Afin de connaitre en permanence l état ouvert ou fermé de la porte, celle-ci est équipée d un contacteur. Ce dernier délivre un courant si la porte est fermée, et n en génère aucun si la porte est ouverte. Évidemment, pendant le laboratoire, nous n aurons pas de porte à disposition. Le fonctionnement du contacteur sera alors simulé par une alimentation en tension, disponible au laboratoire, et l on considérera que la porte est ouverte quand la tension passe au-dessous de 5 V. 2 Lecture du signal d entrée Il s agit dans cette première partie de construire un programme qui peut lire la tension provenant de l alimentation et signaler quand sa valeur est inférieure à 5 V. Avec LabVIEW, la façon la plus simple de lire des données est d utiliser un DAQ Assistant disponible dans les VI Express d acquisition. Pour lire de façon continue une tension, il est possible d utiliser le DAQ Assistant dans une boucle et de spécifier Échantillons continus dans le mode d acquisition des paramètres de cadencement. On pourra alors choisir une fréquence d acquisition de 2 Hz et lire un échantillon à la fois. Étant donné que tous les branchements seront déjà effectués, 1. Le fond et la forme de ce syllabus se sont largement inspirés des laboratoires du cours MEC4115A, «Mesures en régime dynamique», enseigné (à l époque) par le professeur Lionel Birglen. Un gros merci lui est donc adressé. 1

2 il faudra configurer le DAQ Assistant de façon à lire la tension sur la voie 9 de la carte PCI-6221, connectée à l alimentation en tension 2. Travail à faire - Partie n o 1 Le programme de lecture du signal d entrée doit obligatoirement contenir les caractéristiques suivantes : 1. Une boucle contenant le DAQ Assistant configuré en lecture (1 échantillon à 2 Hz) et pouvant être arrêtée manuellement ; 2. Le tracé en continu de la tension lue en fonction du temps ; 3. La possibilité d écrire les tensions lues dans un fichier (choix du nom en face-avant) en temps réel (c est par exemple ce que permet d effectuer l option «Append to file» du VI Express Write To Measurement File) ; 4. Un signal visuel (une LED par exemple) indiquant si la tension est inférieure à 5 V. Note : n utilisez pas le disque réseau pour travailler mais uniquement le disque dur local C:\Documents and Settings\Votre_Nom_Usager\ 3 Génération de la sonnerie Le but de cette seconde partie est de créer un signal sonore grâce au haut-parleur mais sans passer par la carte son du PC. Pour ce faire, nous allons générer une tension analogique sur la voie 0 de la carte PCI-6221 qui sera déjà branchée sur le haut-parleur, ceci à partir d un second DAQ Assistant, configuré cette fois-ci en écriture. Comme il a été vu en cours, la génération d un signal nécessite d abord de créer un signal numérique en entrée du DAQ Assistant qui se chargera ensuite de le transformer en tension analogique. Il est donc dans un premier temps nécessaire de transformer la musique que l on souhaite reproduire en signal numérique. Celui-ci est construit à partir d une succession de sinusoïdes caractérisées chacune par une fréquence, la note, et une amplitude, l intensité de la note (volume sonore). La durée de chaque note sera définie par les paramètres d acquisition, c est à dire la fréquence d échantillonnage et le nombre d échantillons. Bien évidemment, on ne va pas jouer des musiques complexes. Une musique considérée comme «simple» peut être représentée par une succession de quelques notes. Le DAQ Assistant chargé d envoyer les signaux vers le haut-parleur doit donc être inséré dans une boucle dont chaque itération se chargera de reproduire une note. Par contre, étant donné que l on souhaite également pouvoir générer une alarme, cette boucle doit être insérée dans une seconde boucle qui permettra de répéter la séquence de note le nombre de fois désiré. 2. Les entrées de la carte PCI-6221 sont en fait disponibles sur le bornier de la carte SC-2043-SG qui est connectée à la carte PCI La carte SC-2043-SG est une carte de conditionnement de jauges de contraintes qui servira pour d autres TP. Cependant, ici, cette fonctionnalité étant inactive, elle permet simplement d accéder directement aux lignes de la carte PCI

3 Figure 1 : Une des façons possibles de paramétrer la musique (face-avant et diagramme). Un exemple montrant une des façons possibles de choisir une musique est illustré sur la Fig. 1. Le bouton radio, visible sur la face-avant à gauche, permet de choisir dans la structure condition, visible dans le diagramme à droite, la séquence de notes à jouer, regroupées dans un tableau, et le nombre de fois que la séquence sera jouée, appelé le nombre de répétitions (pour une musique, le nombre de répétition peut être simplement de 1, alors que pour une alarme, il faut spécifier un grand nombre). La première colonne du tableau indique la fréquence de la note (Hz), tandis que la seconde colonne indique, en secondes, le temps durant lequel la note sera jouée. Il s agit ensuite d extraire dans chaque boucle qui produira la note les paramètres du tableau qui lui correspondent (utiliser des fonctions de tableau). Travail à faire - Partie n o 2 Le programme de génération de la sonnerie doit obligatoirement contenir les caractéristiques suivantes : 1. Une commande pour le choix de la musique (bouton Radio, Enum, menu déroulant, etc.) reliée à une structure condition contenant les caractéristiques de la musique (tableau des fréquences et des temps et nombre de répétitions, cf. Fig. 1). Il est demandé de concevoir au moins une sonnerie et une alarme 3 ; 2. Deux boucles imbriquées l une dans l autre pour jouer chacune des notes le nombre de fois spécifié, et contenant un Simulate Signal relié à un DAQ Assistant configuré en écriture. Le volume sonore, correspondant à l amplitude du signal, doit pouvoir être contrôlé sur la face-avant ; 3. La possibilité d enregistrer dans un fichier la piste sonore ainsi générée sous la forme d un signal en tension, celui envoyé au DAQ Assistant, en fonction du temps, qui est donc composé de sinusoïdes de fréquences et de durées différentes. Note : Étant donné que plusieurs équipes vont jouer leurs musiques simultanément, il est impératif de conserver un volume sonore réduit!!! 3. Il n est donc pas interdit de créer vos propres musiques (au contraire!), mais la conception du VI passe avant l amusement (malheureusement). 3

4 Lorsque le VI-Express DAQ Assistant est utilisé plusieurs fois dans un programme (par exemple dans une boucle), les valeurs de la fréquence d échantillonnage et du nombre d échantillons sont fixées lors de sa première exécution, et ne peuvent plus être changées pendant l exécution du programme à moins de l arrêter et de le relancer, ce qui nous empêche de générer correctement la durée des notes. Pour éliminer cette restriction, il faut d abord transformer le VI-Express DAQ Assistant en un sous-vi et y apporter une modification mineure afin qu il puisse accepter des valeurs différentes. Une fois le VI-Express converti en sous-vi standard, cette modification se fait dans le diagramme. En comptant à partir de la gauche, il faut repérer la cinquième structure condition, enlever la fonction «First Call?» du terminal d entrée et la remplacer par une constante booléenne VRAI. La modification à faire est illustrée sur la Fig. 2. Pour finir, il suffit simplement d enregistrer le VI ainsi modifié sous un autre nom. Figure 2 : Modification de la 5 e structure condition du VI Express DAQ Assistant : à gauche, avant la modification ; à droite, après la modification. 4 Programme final Dans cette dernière partie, nous allons regrouper les deux programmes, développés dans les parties précédentes, en un seul pour obtenir le programme complet qui permet de générer une sonnerie dès que la porte est ouverte. Travail à faire - Partie n o 3 Le programme final doit obligatoirement contenir les caractéristiques suivantes : 1. La partie lecture du signal ; 2. La partie generation de la sonnerie commandée par la partie lecture du signal ; 3. Un (seul) bouton d arrêt du programme visible en face-avant. 4

5 En outre, deux versions du programme sont demandées : 1. La première version fait en sorte que lorsqu on ferme la porte, la sonnerie n est coupée qu à la fin de la musique ; 2. La seconde version coupe la musique dès que la porte se ferme. Cette version peut cependant être obtenue à partir de la précédente en ne la modifiant que très légèrement, et sans rien effacer! Note : Pour cette partie, il n est pas nécessaire d inclure le programme d écriture de la piste sonore dans un fichier. 5 Préparation et déroulement du laboratoire Le temps que demande la conception du programme final dépasse largement la durée du laboratoire, c est pourquoi il est impératif de le préparer à l avance. Il est donc demandé de concevoir, avant la séance de laboratoire, les programmes destinés à la lecture du signal d entrée (partie n o 1, voir 2) et à la génération de la sonnerie (partie n o 2, voir 3). Les parties n o 1 et 2 doivent être conçues indépendamment l une de l autre. Ces programmes devront être présentés au professeur au début de la séance lorsqu il passera vous voir. Cependant, bien que les caractéristiques principales des programmes soient imposées, la programmation de celles-ci peut être effectuée de différentes façons, leur conception est donc laissée libre. Par contre, c est seulement une fois le fonctionnement de ces deux parties vérifié qu il sera possible d aborder la partie n o 3 (voir 4) pour concevoir le programme au complet. Étant donné que l ordinateur sur lequel sera préparé le VI ne sera probablement pas équipé de la carte d acquisition utilisée au laboratoire, il est possible de tester les programmes en remplaçant les DAQ Assistants de la manière suivante : La lecture du signal de la porte peut être remplacée par un contrôle numérique sur la face-avant, par exemple représenté par une glissière ; La lecture de la musique peut être remplacée par le VI Express Play Waveform. Une fois ces programmes conçus et vérifiés, il est alors possible d ajouter et de configurer les DAQ Assistants en ayant au préalable créé un périphérique DAQmx simulé de la carte PCI La Fig. 3 montre un exemple de face-avant que le programme pourrait présenter. 6 Rapport Ce laboratoire sera évalué sur la base des documents à fournir suivants : Un rapport par équipe de 6 pages maximum, excluant la page titre, au format.pdf ; Les programmes LabVIEW qui auront été conçus. 5

6 Figure 3 : Exemple de face-avant possible pour le VI complet à concevoir. Ces documents doivent être remis uniquement sous la forme d une archive au format.zip (et non.rar), qui devra être envoyée par courriel à l adresse jerome.vetel@polymtl.ca, dans un délai de 2 semaines à compter de la séance de laboratoire. Les noms des archives seront formés de la façon suivante : {N o du cours (MEC2115 ou AER2100)}_{N o de groupe (01 ou 02)}_{N o d équipe}.zip Ce travail pratique compte pour 9 % de la note totale du cours. La préparation des parties n o 1 & 2 comptera pour 6 points sur 20. La correction du programme portera sur la faceavant et le diagramme (organisation, clarté, ergonomie, présence des éléments requis) et la conception générale du programme. En particulier, le rapport devra contenir la page titre disponible sur Moodle (format Microsoft Word) et une courte description de la façcon dont vous avez conçu et structuré : La lecture du signal d entrée ; La génération de la sonnerie ; Le programme final qui regroupe les deux parties précédentes. Vous devez également inclure une courte description (2 ou 3 lignes) de la relation qui existe entre coéquipiers. 4 Les équipes qui n auront pas fait ce petit effort se verront appliquer une pénalité d un point. Puisqu il est en général difficile de décrire un programme par du texte, vous devez absolument faire des commentaires brefs mais par contre vous appuyer sur des captures d écran. En particulier, il faut au moins inclure les éléments suivants : Les diagrammes des VI, en partie ou au complet (faites attention à la taille des figures pour la lisibilité, le rapport doit avant tout rester clair) ; La face-avant du VI avec un exemple du signal lu en tension ; Les paramètres des DAQ Assistants, des convertisseurs (quelques-uns, les plus pertinents, suffisent), et des Write To Measurement File. 4. Dans le cas où des points de vue différents apparaissent, chaque étudiant peut écrire un texte personnel. 6