Programação LabVIEW com Aplicações em Aquisição de Dados em Plataformas Embarcadas

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Visão Geral do LabVIEW

1.1 O que é LabVIEW

O nome LabVIEW é o acrônimo para: Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, sendo um ambiente de programação gráfica desenvolvido pela empresa norte-americana National Instruments em 1986, e, desde então, vem se tornando um padrão em aplicações de engenharia e ciência, contando as seguintes características e possibilidades:

• Ambiente de programação gráfica orientada a fluxo de dados que usa objetos gráficos na forma de blocos funcionais representados por ícones que interconectados constroem a lógica do programa;

• Com o LabVIEW é fácil e natural integrar componentes de hardware e software no desenvolvimento de aplicações sofisticadas, aplicadas principalmente nas áreas de testes, medições e controle automático;

• O LabVIEW possibilita o interfaceamento fácil e rápido com uma ampla gama de dispositivos de hardware, tais como: Porta Serial, Interface USB, Câmara de Vídeo, GPIB, e Placas de Aquisição diversas.

• Possibilita o desenvolvimento para Sistemas Embarcados e Lógica Reconfigurável, usando os dispositivos da NI para essa finalidade como: o CompactRIO e o myRIO, sendo possível o desenvolvimento para sistemas operacionais diversos, como Windows, Linux e Mac OS X, como mostra a Figura 1.1;

• Oferece uma grande variedade de bibliotecas de ferramentas prontas na forma de blocos funcionais que facilitam no desenvolvimento das aplicações, reduzindo o tempo de desenvolvimento, aumentando a confiabilidade e a flexibilidade, sendo por isto usada por empresas e centros de pesquisa do mundo todo, desde aquelas de pequeno porte, até gigantes como a NASA e o CERN;

• Completa biblioteca de componentes para realizar análises que ajudam a extrair informações de dados brutos, além de bibliotecas para processamento de sinais e imagem, projeto e simulação de sistemas de controle, matemática e estatística, comunicação de dados e conectividade, dentre muitas outras.

Figura 1.1: Integração LabVIEW com HW e SW diversos.

1.2 O que é um Instrumento Virtual

Os programas desenvolvidos no ambiente LabVIEW recebem o nome de Instrumentos Virtuais (no idioma inglês: Virtual Instruments, com sigla: VI), nome este derivado do fato de um VI imitar instrumentos físicos reais, tais como osciloscópios, dispositivos multimídia, etc. Estes VIs desenvolvidos com o LabVIEW podem ser extremamente poderosos e sofisticados com interfaces gráficas elegantes e inúmeras funcionalidades. VIs customizados com variados tipos de controles e indicadores podem ser desenvolvidos para uma aplicação específica, em especial em aplicações de testes, medições e controle.

Na Figura 1.2, a seguir, estão mostrados alguns Instrumentos Virtuais criados com o LabVIEW.

Figura 1.2: Exemplos de Instrumentos Virtuais. Acima Osciloscópio, abaixo Analisador de Sinais Dinâmicos.

Na Figura 1.3 é mostrado um VI para um sistema de aquisição de dados de emissões de fótons, desenvolvido para pesquisas em Biofotônica.

Figura 1.3: Exemplo de um Instrumento Virtual (VI).

E na Figura 1.4, parte do código do VI acima, na linguagem de programação gráfica do LabVIEW, a linguagem G.

Figura 1.4: Diagrama em Blocos do VI da Figura acima.

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Apresentação do Ambiente LabVIEW

O ambiente LabVIEW é composto pelo Project Explorer onde o projeto é gerenciado e definido, do Front Panel, do Block Diagram, além do Help do LabVIEW, que pode ser evocado a qualquer instante que haja necessidade. Estes 4 elementos do ambiente LabVIEW podem ser vistos na Figura 2.2. A cada VI em LabVIEW estará associado um Painel Frontal (Front Panel), onde é definida a interface com o usuário, e seu Diagrama em Blocos (Block Diagram), onde o código é definido, como pode ser visto na Figura 2.2. Em execução, apenas o Painel Frontal e visível ao usuário, como seria de se esperar, como na Figura 1.3.

Figura 2.1: Principais componentes do ambiente LabVIEW.

Figura 2.2: Elementos de um VI no LabVIEW.

2.1 Criando um novo projeto

Ao se iniciar o LabVIEW, a seguinte janela, mostrada na Figura 2.3, é apresentada. Nesta janela, as duas opções principais oferecidas permitem: criar um novo projeto em Create Project, ou abrir um projeto já existente em Open Existing.

Figura 2.3: Abrindo ou criando um novo projeto no LabVIEW.

Ao se clicar em Create Project, a janela mostrada na Figura 2.4 aparece, e nesta a opção: Bank Project é automaticamente selecionada, a qual permite iniciar com um projeto vazio.

Figura 2.4: Criando um projeto vazio.

Dentre as opções na janela da Figura 2.4, as principais são: criação de um novo VI vazio - Blank VI, sem a criação do projeto; opção de criação de uma estrutura em Máquina de Estados - Simple State Machine; e criação de programa para Medição Contínua e Armazenamento - Continuous Measurement and Logging; sendo as demais opções mais específicas detalhadas mais adiante.

Para a criação de um projeto vazio deve, então, clicar em Finish, e assim a janela do Project Explorer será apresentada, como mostra a Figura 2.5. No Project Explorer é onde a criação do projeto tem início, e é onde os arquivos deste são organizados e gerenciados.

Figura 2.5: Projeto vazio criado.

Para adicionar um VI vazio ao projeto, deve-se selecionar: Project=>Add To Project=>New VI, como na Figura 2.6.

Figura 2.6: Adicionando um VI vazio ao projeto no Project Explorer.

Uma vez criado, o VI vazio apresenta a janela do Project Explorer e as janelas do Painel Frontal e do Diagrama em Blocos, ambos vazios, como visto na Figura 2.7.

Figura 2.7: VI vazio criado e adicionado ao projeto.

Em seguida, ao se clicar na janela: Front Panel, em: File=>Save, deve-se atribuir um nome ao VI criado, ver Figura 2.8.

Figura 2.8: Atribuindo um nome ao novo VI.

Figura 2.9: Atribuindo o nome media_desv_padrão ao novo VI.

Importante salientar que no Project Explorer uma referência ao arquivo é colocada, e não o arquivo de fato, então, na Figura 2.10, pode-se notar o nome atribuído ao VI na lista de itens do projeto, e também atribuídos as janela do Front Panel e do Block Diagram.

Figura 2.10: Referência ao arquivo media_desv_padrão.vi.

Em seguida deve se salvar o projeto em: Project=>File=>Save, e atribuir um nome ao projeto criado, ver Figuras 2.11 e 2.12.

Figura 2.11: Atribuindo um nome ao novo projeto.

Figura 2.12: Atribuindo o nome media_desv_padrão ao novo projeto.

Se o arquivo do VI em disco for deletado, ou sua localização alterada, na referência do Project Explorer continua existindo a relação com a nova posição, 2.13.

Figura 2.13: Localização do arquivo do VI no disco.

Ao se remover no Project Explorer o arquivo media_desv_padrão.vi, ele somente será removido do projeto, permanecendo no disco onde foi salvo, uma vez que no Project Explorer este é apenas uma referência ao arquivo.

Figura 2.14: Removendo uma referência de um projeto.

Uma mensagem de confirmação é apresentada quando da remoção da referência do arquivo, ver Figura 2.15.

Figura 2.15: Confirmação de remoção pedida.

No entento, após a remoção de um item, no disco onde o VI foi salvo, este arquivo ainda permanece sem ser deletado.

Figura 2.16: Presença do arquivo no disco associado à referência removida no Project Explorer.

Ao se abrir um arquivo do tipo LabVIEW Project (extensão: .lvproj), o Project Explorer é aberto, e os arquivos associados ao projeto mostrados na janela deste, como o media_desv_padrão.vi, ver Figura 2.17.

Figura 2.17: Abrindo um arquivo de projeto .lvproj.

2.2 Gerenciamento do Projeto

Adicionando uma Pasta tipo Auto-Populating

Podem-se adicionar pastas de arquivos ao projeto, de modo a se criar uma estrutura de arquivos organizada, e uma das opções possíveis é a pasta do tipo Auto-populating, que leva esse nome por ser continuamente atualizada quando itens desta são adicionados ou removidos.

A Figura 2.18 mostra como se pode adicionar uma pasta do tipo Auto-populating ao projeto.

Figura 2.18: Adicionando uma pasta do tipo Auto-populating.

Então, a pasta escolhida é adicionada ao projeto, e sendo do tipo Auto-populating seu conteudo no Project Explorer é atualizada sempre que algum arquivo desta é adicionado ou deletado, ver Figura 2.19.

Figura 2.19: Adicionado-se um Auto-populating Folder ao projeto.

Então, ao se deslocar arquivos para o Auto-populating Folder, no Project Explorer estes aparecerão como mostrado na Figura 2.20.

Figura 2.20: Arquivos movidos ao Auto-populating Folder.

Adicionando uma Pasta tipo Virtual Folder

Um Virtual Folder é um tipo de pasta organizacional, pois não representa arquivos no disco, mas referências a estes. Para adicionar um Virtual Folder ao projeto, no drop-down menu selecionar: New => Virtual Folder, e digitar um nome a este, por exemplo: Estatistica, ver Figuras 2.21 e 2.22.

Figura 2.21: Adicionando um Virtual Folder ao projeto.

Figura 2.22: Nomeando o Virtual Folder.

Pode-se converter um Virtual Folder em Auto-populating Folder, através do drop-down menu que se apresenta ao clicar com o botão direito do mouse sobre o Virtual Folder que se deseja converter, escolher a opção: Convert to Auto-populating Folder, como mostrado na Figura 2.23.

Figura 2.23: Convertendo um Virtual Folder em Auto-populating Folder.

Discutiu-se até aqui os itens do Project Explorer na aba Items. Na aba Files, os arquivos são referidos na sua localização em disco.

Figura 2.24: Aba Files do Project Explorer.

No Project Explorer, pode-se fazer mais que simplesmente gerenciar arquivos do projeto, pode-se ainda:

• Criar Projetos de Sistemas Embarcados Remotos como dispositivos de hardware (como: CompactRI0, ou myRIO, etc.);

• Criar executáveis e instadores para distribuição aos usuários;

• Criar bibliotecas compartilhadas (Dynamic Linked Libray - DLL);

• Distribuir código entre desenvolvedores e integrar o LV com aplicativos de Controle de Versão e Fontes, como o Perforce.

2.3 O Painel Frontal do LabVIEW

Como já mencionado, é no Painel Frontal (Front Panel) do VI onde se define a interface com o usuário, constituída de Controles e Indicadores. Controles são elementos para entrada de informações, e Indicadores são os de saída de informações. Os Controles e/ou Indicadores podem ser de vários tipos, dentre eles: Numéricos, Dials, Slides e Gráficos.

2.3.1 Adicionando Controles/Indicadores no Painel Frontal do VI

Quando se clicar com o botão direito do mouse no Front Panel aparecerá a janela de palettes de controles, o Controls Palette, como mostrado na Figura 2.25. Nestes palettes pode-se escolher os elementos que irão compor a interface com o usuário, dentre uma grande variedade de controles e indicadores, representando variados tipos de entradas e saídas de dados, tais como: numéricos, booleanos, gráficos, enumerados, strings, matrizes, vetores, dispositivos de hardware, elementos decorativos, dentre outras inúmeras possibilidades oferecidas, que serão apresentadas ao longo dos demais capítulos e seções deste livro.

Uma vez que o controle ou indicador tenha sido selecionado de um subpalette, este poderá ser colocado no Painel Frontal, escolhendo-se a posição mais adequada a este, e clicando-se novamente com o botão esquerdo do mouse.

Na Figura 2.26, alguns exemplos de controles e indicadores são mostrados.

Figura 2.25: Palettes de controles mostrados no Painel Frontal.

Figura 2.26: Vários tipos de controles e indicadores numéricos.

Os controles e indicadores disponíveis para uso no Painel Frontal são apresentados no Controls Palette em 4 estilos diferentes, em 4 subpalettes, a saber: Modern, Classic, System e Silver, sendo que na Figura 2.25 o estilo Silver está sendo mostrado, e na Figura 2.27, este mesmo subpalette Numeric, mostrados nos estilos Modern, Classic e System.

Observar nesta Figura 2.27 que nem todos os controles e indicadores de um subpalette tem seus correspondentes nos outros subpalettes.

Figura 2.27: Subpalette de controles do tipo Numeric no estilo Modern, Classic e System.

Pode-se mudar os palettes que estarão visíveis na evocação do Controls Palette, selecionando-se: Change Visible Palettes, como mostrado na Figura 2.28, e então, na janela de seleção que aparecerá em seguida, selecionar os palettes que serão mais usados pelo desenvolvedor dos VIs.

Figura 2.28: Seleção de palettes que serão visíveis.

Cabe salientar que, no Diagrama em Blocos, associado a um Painel Frontal, há a contrapartida do Controls Palette, que se chama: Functions Palette, onde os blocos de funções que constituem a linguagem gráfica do LabVIEW estão organizados em palettes e subpalettes, e o procedimento para se selecionar os que estarão visíveis segue este mesmo procedimento descrito no parágrafo anterior.

2.3.2 A Barra de Ferramentas do Painel Frontal

A barra de ferramentas do Painel Frontal, quando o VI não está em execução, é mostrada na Figura 2.29, cujas ferramentas são descritas a seguir.

Figura 2.29: Barra de Ferramentas realçada no Front Panel.

• Botões de Execução: Run , Run Continuously , Abort Execution e Pause Execution ; conforme descritos a seguir:

- Run: executa o VI uma vez apenas, sendo permitido terminar a execução por um controle do Painel Frontal, ou pelo botão Abort Execution;

- Run Continuously : executa o VI continuamente, não sendo permitido terminar a execução senão pelo botão Abort Execution;

- Abort Execution: termina a execução do VI imediatamente;

- Pause Execution: permite pausar a execução do VI imediatamente.

• Botões de Edição: Text Settings , Align Object , Distribute Objects , Resize Objects e Reorder ; conforme descritos a seguir:

- Text Settings: permitem editar o tipo, tamanho e cor das fontes, a nível de Aplicação, Caixas de Dialogo, e de Sistema, ver Figura 2.30;

- Align Objects: usado para ajustar o alinhamento de objetos do Painel Frontal, distribuição e tamanho de objetos, e reorganizar espacialmente os objetos do Painel Frontal, respectivamente, ver Figura 2.31, que mostra as várias opções de alinhamento de objetos.

Figura 2.30: Ferramentas Text Editting.

Figura 2.31: Ferramenta Align Objects.

Figura 2.32: Alinhando controles em um Painel Frontal.

• Botão de Ajuda: Help , permite evocar o menu de contexto, no qual, ao se posicionar o cursor sobre um item, a ajuda para esse item aparece na janela de Context Help, ver Figura 2.33.

Figura 2.33: Ferramenta Context Help.

• Botão de Pesquisa: Search , retorna resultados do sistema de ajuda, e do site: ni.com/zone na internet, ver Figura 2.34, onde um dos resultados da procura foi escolhido e a janela de ajuda aparece com a descrição detalhada do termo pesquisado.