Cours Procédés Mesures sous LabVIEW : Base de la Programmation et Applications. TP LabVIEW UFR Sitec M1 1 bserio@u-paris10.fr V1.

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1 Cours Procédés Mesures sous LabVIEW : Base de la Programmation et Applications TP LabVIEW UFR Sitec M1 1

2 Philosophie de LabVIEW Langage de programmation entièrement graphique Les programmes sont construits autour : - d un diagramme comparable à un schéma électrique - d une façade avant comparable à une antiquité des années 50 Utilitaire MAX (Measurement & Automation Explorer) pour la gestion, la configuration matérielle et le test des périphériques TP LabVIEW UFR Sitec M1 2

3 Objectifs du cours (première journée) Comprendre les composants d'un Instrument Virtuel (appelé VI) Étudier les bases de la programmation en langage G - présenter et utiliser les structures de contrôle de LabVIEW - travailler avec les tableaux, les registres à décalages, les clusters et les chaînes - présenter les données sous forme de graphiques Créer un sous-programme dans LabVIEW TP LabVIEW UFR Sitec M1 3

4 Objectifs du cours (deuxième journée) Réaliser une application de simulation d un procédé de mesure et de traitement des données TP LabVIEW UFR Sitec M1 4

5 Organisation de la première journée : Cours/Exercices en 3 parties I) Pour démarrer II) Éléments du langage graphique pour la programmation du diagramme / Exercices III) Les sous VIs TP LabVIEW UFR Sitec M1 5

6 Partie I Pour démarrer Vocabulaire LabVIEW Composants d une application LabVIEW Environnement LabVIEW Créer une application LabVIEW TP LabVIEW UFR Sitec M1 6

7 Les programmes LabVIEW sont appelés Instruments Virtuels ou Virtual Instruments (VIs) 1) Face avant Interaction utilisateur/programme Commandes numériques = Entrées Indicateurs numériques = Sorties 2) Diagramme Code du programme à exécuter Complémentaire de la face avant Interaction entre face avant et diagramme 3) Icône (face avant en haut à droite) Associé à des connecteurs Pour utiliser un VI dans un autre VI TP LabVIEW UFR Sitec M1 7

8 Face avant d un VI : conçue pour ressembler à l appareil réel Barre d outils de la face avant Commande de type booléen Graphique Icône Commande numérique De type glissière Graphique TP LabVIEW UFR Sitec M1 8

9 Diagramme d un VI : code source graphique du programme Barre d outils du diagramme Terminal de contrôle booléen Terminal de commande de type Menu texte Terminaux des graphiques Fonction multiplier Boucle tant que Interrupteur Stop Structure condition Constante numérique sous-vi : SubSigGeneratorBlock Fil de données TP LabVIEW UFR Sitec M1 9

10 Composant : VI Express Les VI Express : VI interactifs associé à une fenêtre de dialogue configurable VI Express TP LabVIEW UFR Sitec M1 10

11 Composant : VIs standards Les VI Standards : VI qui peuvent être personnalisés, ils sont constitués d une face avant et d un diagramme qui sont utilisés à l intérieur d autres VI. VI Standard TP LabVIEW UFR Sitec M1 11

12 Composant : fonctions Éléments de base de la programmation LabVIEW Composants élémentaires des Vis Les fonctions n ont pas de face avant ni de diagramme. fonctions TP LabVIEW UFR Sitec M1 12

13 Environnement LabVIEW : palettes de commandes et de fonctions Palette de commandes (Localisation : Fenêtre face avant, Menu Fenêtre) Palettes de fonctions (Localisation : Fenêtre diagramme, Menu Fenêtre) TP LabVIEW UFR Sitec M1 13

14 Environnement LabVIEW : Palette d outils Palette flottante Utilisée pour agir et modifier les objets de la face avant et du diagramme Outil sélection automatique Outil manipulation Outil positionnement et taille Outil texte Outil connexion Outil raccourci menu Outil déplacement Outil d arrêt Outil sonde Outil copie couleur Outil coloriage TP LabVIEW UFR Sitec M1 14

15 Environnement LabVIEW : Boutons de la barre d outils Bouton Exécution Bouton Exécution continue Bouton d Arrêt d exécution Bouton Pause/Reprendre Configuration du texte Aligner les objets Distribuer les objets Réorganiser Redimensionner les objets de la face avant Outils de débogage (debugging) Bouton de surbrillance d exécution Lancer une exécution pas à pas Progresser dans l exécution pas à pas Stopper une exécution pas à pas TP LabVIEW UFR Sitec M1 15

16 Exercice 1: Créer un VI pour simuler le remplissage d un réservoir en contrôlant son niveau Soit un réservoir de 1000 m3 associé à une pompe d alimentation dont le débit est réglable par un bouton rotatif entre 0 et 100 m3/s. Réaliser un VI qui simule le remplissage du réservoir, donne le niveau instantané par un vumètre, avertit par un voyant (LED) lorsque une limite supérieure réglable entre 500 et 1000 m 3 est dépassée et arrête immédiatement la pompe dans ce cas. TP LabVIEW UFR Sitec M1 16

17 Exercice 1 (suite): Créer un VI Fenêtre du diagramme Fenêtre de la face avant 2 commandes (bouton rotatif et numérique) 2 indicateurs numériques (vumètre, réservoir) 1 indicateur de type booléen (LED) 2 Terminaux de commandes 2 Terminaux d indicateurs 1 Terminal booléen 1 Boucle Tant que 1 Structure Condition 3 Fonctions : multiplier, supérieur?, attendre TP LabVIEW UFR Sitec M1 17

18 Astuces de connexion Utiliser la bobine pour relier les points de connections Trois types de sélection pour supprimer des fils : Utilisation du routage automatique Mise en forme des connections TP LabVIEW UFR Sitec M1 18

19 Les options d aide Aide Contextuelle Aide en ligne Aide verrouillée Choix du mode de l aide (simple ou détaillée) Ctrl + H Référence en ligne Accès à l intégralité des menus Ouverture automatique d une fenêtre pour accéder directement à l aide. TP LabVIEW UFR Sitec M1 19

20 Techniques pour débuguer Trouver des erreurs Animer l exécution Sonde (Probe) Cliquer sur le symbole de la flèche coupé Une fenêtre Windows apparaît avec les erreurs Cliquer sur le bouton; les données dans des bulles sont animées. Des valeurs sont alors indiquées sur les fils. Cliquer droit sur le fil pour afficher une sonde. Les données qui transitent sur ces fils seront affichées. Vous pouvez également choisir l'outil Probe (Sonde) à partir de la palette d'outils. TP LabVIEW UFR Sitec M1 20

21 Programmation par flux de données L exécution du diagramme dépend du flux de données; il ne s exécute pas de gauche à droite ; L exécution du noeud se fait quand les données sont disponibles à tous les terminaux d entrée ; Puis les nœuds fournissent des données à tous les terminaux de sortie. TP LabVIEW UFR Sitec M1 21

22 Astuces pour travailler dans LabVIEW Raccourcis clavier <Ctrl+H> Activer/Désactiver la fenêtre d Aide contextuelle <Ctrl+B> Supprimer les connexions erronées du diagramme <Ctrl+E> Basculer entre la fenêtre Face Avant et le Diagramme <Ctrl+Z> Annuler (aussi dans le menu Édition) Outils -> Options Afficher les options de LabVIEW Propriétés du VI Configurer l apparence du VI, Documentation, etc. TP LabVIEW UFR Sitec M1 22

23 Partie II - Éléments du langage graphique pour la programmation du diagramme Les boucles For et While Les structures (condition, séquence, boîte de calcul) Les tableaux L auto-indexation Les registres à décalage Programmation spécifique aux graphiques Les clusters TP LabVIEW UFR Sitec M1 23

24 Structures de contrôle : Les boucles La boucle While possède un compteur d itération <i> s exécute toujours au moins une fois S exécute selon un paramètre de condition code Terminal de condition Tant que condition vraie Fait code Sinon arrête code La boucle For possède un compteur d itération <i> s exécute <N> fois (N paramétrable) code Pour i=0 à i=(n-1) Fait code Localisation : Fonctions -> Structures TP LabVIEW UFR Sitec M1 24

25 Autres Structures de contrôle Structure condition Si condition vraie alors fait codea sinon fait codeb Structure séquence empilée (ou structure déroulée) Boîte de calcul TP LabVIEW UFR Sitec M1 25

26 Structure de conditions (switch case) Localisation : Fonctions -> Structures Dans la sous palette de structures de la palette de fonctions Enfermez les noeuds ou glissez-les à l'intérieur de la structure Empilé comme un pont de cartes, uniquement un seul cas visible TP LabVIEW UFR Sitec M1 26

27 Structure Sequence Exécute le diagramme de façon séquentielle. Clic droit pour ajouter une nouvelle «image». Localisation : Fonctions -> Structures TP LabVIEW UFR Sitec M1 27

28 Nœud de formules Dans la sous-palette Structures Implémenter des équations compliquées Les variables sont créées sur le bord Les noms de variables sont sensibles à la casse. Chaque ligne doit se terminer par un point virgule (;) La fenêtre d aide contextuelle montre des fonctions disponibles. Point-virgule Localisation : Fonctions -> Structures TP LabVIEW UFR Sitec M1 28

29 Application des boucles pour la génération et l affichage d un signal périodique Le graphique déroulant est un indicateur numérique équivalent à une table traçante Localisation : Commandes -> Indicateurs Graphes -> Graphe déroulant TP LabVIEW UFR Sitec M1 29

30 Exercice 2 : Utilisation d une boucle For pour générer et afficher une période entière d une sinusoïde Réaliser un VI pour afficher une période de sinusoïde comprenant un nombre de points paramétrable TP LabVIEW UFR Sitec M1 30

31 Exercice 3 : Utilisation d une boucle While pour générer et afficher une période entière d une sinusoïde Sujet identique à celui de l exercice 2 mais cette fois ci en utilisant une boucle While (même face avant mais nouveau diagramme) TP LabVIEW UFR Sitec M1 31

32 Principe d implémentation pratique d une boucle 1. Choisissez votre boucle 2. Encadrer le code qui doit être répété 3. Créer une commande pour renseigner la condition d arrêt (Stop ou N itérations) TP LabVIEW UFR Sitec M1 32

33 Les tableaux Définition : un tableau se compose d éléments de même type et de même dimensions. Les éléments du tableau sont les données. Une dimension est une longueur (ligne), une hauteur (colonne), ou une profondeur (page) du tableau. Deux solutions : - Construire un tableau manuellement - Construire automatiquement des tableaux TP LabVIEW UFR Sitec M1 33

34 Exercice 4 : Création manuelle d un tableau en face avant Déposer un «conteneur» de tableau vide sur la face avant. Localisation : sous palette Commandes ->Toutes les commandes ->Tableaux et Clusters Déposez le conteneur de tableau vide sur la face avant." TP LabVIEW UFR Sitec M1 34

35 Création manuelle d un tableau en face avant (suite ex.4) 1) Placez un type objet dans le tableau (Ex : Commande numérique, indicateur numérique) 2) Initialiser les éléments du tableau TP LabVIEW UFR Sitec M1 35

36 Suite et fin de l exercice 4 : utiliser et créer un tableau avec une boucle Connectez un tableau à un tunnel d entrée d une Boucle For ou d une Boucle While, pour lire et traiter chaque élément du tableau en activant l auto-indexation. TP LabVIEW UFR Sitec M1 36

37 Exercice 5 : Tunnels d entrée/sortie des boucles For et While. Application à la création automatique des tableaux Pour sortir ou entrer dans une boucle il faut créer un tunnel en reliant un composant avec la bobine au bord de la boucle. Cette action créée un tunnel. Il faut ensuite configurer le tunnel. Placer le curseur sur le tunnel, clique droit choisir activer ou désactiver l indexation suivant le cas. Pour l exemple, en sortie de boucle : Activer l indexation permet de créer automatiquement un tableau. Désactiver l indexation permet d extraire la dernière valeur de l itération TP LabVIEW UFR Sitec M1 37

38 Exercice 6 : créer un tableau 2D Créer un tableau 2D en utilisant deux Boucles For, l une imbriquée dans l autre. La Boucle For externe crée les lignes du tableau et la Boucle For interne crée les colonnes du tableau. TP LabVIEW UFR Sitec M1 38

39 Mise en œuvre des registres à décalage des boucles While et For pour le calcul itératif (Exercice 7) Exemple calcul de la somme de N entiers TP LabVIEW UFR Sitec M1 39

40 Exercice 8 : Créer un VI pour calculer la valeur moyenne d un nombre aléatoire compris entre 0 et 1 TP LabVIEW UFR Sitec M1 40

41 Exercice 9 : Créer un VI pour calculer la dérivée d un signal de la forme f(x)=x^p TP LabVIEW UFR Sitec M1 41

42 Exercice 9 : diagramme du VI TP LabVIEW UFR Sitec M1 42

43 Exercice libre : Calcul d une moyenne glissante appliquée à un signal périodique et filtrage passe bas par FFT TP LabVIEW UFR Sitec M1 43

44 Fonctions des tableaux et Graphiques Les fonctions de base d un tableau Utiliser les graphiques Créer plusieurs courbes dans les graphiques TP LabVIEW UFR Sitec M1 44

45 Les fonctions pour manipuler tableaux Fonctions -> Toutes les fonctions-> Tableaux Voir Exercice 11 TP LabVIEW UFR Sitec M1 45

46 Les fonctions pour manipuler les tableaux Construire un tableau (exercice 12) 100 inséré seul TP LabVIEW UFR Sitec M1 46

47 Les Graphiques Face avant : Sélectionner depuis la palette Graphique le menu des Contrôles Commandes>>Commandes>>graphe Waveform Graph Trace un tableau de nombres en fonction de leurs indices Express XY Graph Trace un seul tableau en fonction d un autre Digital Waveform Graph Trace des bits depuis des données binaires TP LabVIEW UFR Sitec M1 47

48 Exercice 13 : Calcul d une puissance électrique sur une plage de courant paramétrable et affichage graphique du résultat TP LabVIEW UFR Sitec M1 48

49 Techniques de connexions des graphiques Une seule courbe Plusieurs courbes TP LabVIEW UFR Sitec M1 49

50 Graphiques Faire un clic droit sur le graphique et choisir propriétés pour personnaliser l affichage. TP LabVIEW UFR Sitec M1 50

51 Chaînes de caractères, clusters et traitement d erreurs Chaînes de caractères Création de clusters Fonctions des clusters Gestion des erreurs en Entrée/Sortie des VI TP LabVIEW UFR Sitec M1 51

52 Chaîne de caractères (string) Une chaîne de caractères est une séquence de caractères (ASCII) affichables ou non. Utilisations possibles : affichage de messages, contrôle d'instruments, fichiers d entrée/sortie Les commandes ou indicateurs de chaînes sont dans : TP LabVIEW UFR Sitec M1 52

53 Clusters Structures de données qui regroupent des données Les données peuvent être de différents types TP LabVIEW UFR Sitec M1 53

54 Créer un cluster 1. Sélectionner un cluster vide Commandes -> Toutes les commandes -> Tableau et cluster 2. Placer des objets de type différents dans le cluster TP LabVIEW UFR Sitec M1 54

55 La fonctions de base des clusters TP LabVIEW UFR Sitec M1 55

56 Cluster d erreur Disponible pour la plupart des VI LabVIEW Un cluster d erreur contient les informations suivantes: Booléen rapporte si une erreur se produit Entier rapporte le code spécifique de l erreur Chaîne donne des informations sur l erreur TP LabVIEW UFR Sitec M1 56

57 Techniques de manipulations des erreurs L information d erreur est passée d un sous VI au suivant. Si une erreur se produit dans un sous VI, tous les sous VI suivants ne sont pas exécutés de la façon habituelle Gestion d erreur automatique TP LabVIEW UFR Sitec M1 57

58 Partie III les sous VIs Qu est-ce qu un sous VI? Faire un connecteur et une icône pour un sous VI. Utiliser un VI en tant que sous VI. TP LabVIEW UFR Sitec M1 58

59 Les différentes forme d un noeud du Diagramme Icône Nœud expansible Noeud expansé Exemple pour le VI Générateur de Fonctions. Trois représentations différentes pour un même VI. Fond jaune = VI Standard. Fond bleu = VI Express. TP LabVIEW UFR Sitec M1 59

60 Sous VIs Un sous VI est un VI qui peut être utilisé dans un autre VI Similarité avec une sub-routine Avantages Modularité Simplifie pour débuguer Nécessite une seule création de code Nécessite peu de mémoire TP LabVIEW UFR Sitec M1 60

61 Icônes et Connecteurs Icon Terminals Connector Une icône représente un VI dans un autre diagramme. Un connecteur montre les terminaux disponibles pour le transfert de données. TP LabVIEW UFR Sitec M1 61

62 Exemple de Sous VIs Sous VI TP LabVIEW UFR Sitec M1 62

63 Exercice 15 : Création d un sous-vi Étapes de création d un sous VI Créer l icône Créer le connecteur Assigner les terminaux Sauvegarder le VI Insérer le VI dans un VI de plus haut niveau TP LabVIEW UFR Sitec M1 63

64 Exercice 15 - Créer une icône Cliquez avec le bouton droit sur l icône de la face avant (en haut à droite), ou sur l icône du diagramme TP LabVIEW UFR Sitec M1 64

65 Exercice 15 - Créer le connecteur Cliquez avec le bouton droit sur l icône (Face avant en haut à droite) TP LabVIEW UFR Sitec M1 65

66 Exercice 15 - Assigner les terminaux TP LabVIEW UFR Sitec M1 66

67 Exercice 15 Sauvegarder le VI Choisir un emplacement facile à retenir Organiser par Fonctionnalités Sauvegarder les VIs similaires dans un même répertoire (ex : Outils Mathématiques) Organiser par Applications Sauvegarder tous les VIs utilisés pour une application spécifique dans un répertoire ou une librairie. (ex. Expérience 1 Réponse en fréquence) Les librairies (.llbs) combinent plusieurs VIs dans un seul fichier, ceci est idéal pour transférer des applications complètes vers d autres ordinateurs. TP LabVIEW UFR Sitec M1 67

68 Insérez le sous VI dans un VI de niveau supérieur Accès aux sous-vis développés : Fonctions->Toutes les fonctions ->Sélectionner un VI TP LabVIEW UFR Sitec M1 68

69 Sauvegarder des données dans un fichier Fichiers passer des données vers et depuis des fichiers - Les fichiers peuvent être des éléments binaires, du texte, ou des tableaux. - Écrire / lire le fichier LabVIEW Measurements (*.lvm) Écrire dans un fichier LVM Lire un fichier LVM TP LabVIEW UFR Sitec M1 69

70 Écrire dans un fichier LabVIEW Measurement Inclut les fonctions ouvrir, écrire, fermer et gerer les erreurs. Gère le format des chaînes avec soit une tabulation soit une virgule comme délimiteur. La fonction fusionner les signaux Palette Manipulation permet de combiner des données dans un type de données dynamiques (utilisée pour les VI Express). TP LabVIEW UFR Sitec M1 70

71 Impression Fichier->Imprimer. Les différentes options d impression Choisir l icône d impression, face avant, diagramme, hiérarchie VI, incluant les sous VI, historique des VI. Impression du panneau VI (impressions programmables de la face avant) Fonctions ->Toutes les Fonctions-> Contrôle d applications Génération de rapport d impression (Fonctions -> Sortie->Rapport) TP LabVIEW UFR Sitec M1 71

72 Se documenter sur les VIs Propriétés du VI -> Documentation Fournit une description et une aide à propos du VI Propriétés du VI -> Historique Enregistre les changements des différentes versions d un VI Contrôles Individuels ->Description et Conseils Clic droit pour avoir une description et une bulle d information TP LabVIEW UFR Sitec M1 72

73 Panneaux de contrôle à distance Visualisation et contrôle de la face avant d un programme LabVIEW, à partir d un navigateur Web Pas de programmation nécessaire Les clients éloignés observent directement les changements et mises à jours des programmes LabVIEW. Plusieurs clients peuvent regarder la même face avant simultanément. Un seul client à la fois peut contrôler la face avant à distance. TP LabVIEW UFR Sitec M1 73

74 Outil de publication de face avant sur le Web Outils->Outil de publication Web (Web Publishing Tool) Cliquez sur->enregistrer sur le disque et le VI est encapsulé dans le fichier HTML Une fois sauvé, le fichier peut être ouvert à nouveau et personnalisé dans tout éditeur HTML TP LabVIEW UFR Sitec M1 74

75 Panneau de contrôle à distance - Ressources NI Developer Zone (zone.ni.com) - Recherche de panneaux de contrôle à distance Exemple de publication Web - Téléchargement de Tutoriaux et Instructions - Support sur l incorporation de Webcams dans les panneaux de contrôle à distance. TP LabVIEW UFR Sitec M1 75

76 Noeuds de Propriétés Sujets Complémentaires Variables Globales (comparaison avec les Variables Locales) DataSocket Fichiers Binaires E/S TP LabVIEW UFR Sitec M1 76

77 Fin du cours de la première journée TP LabVIEW UFR Sitec M1 77