1.3.2 Лабораторная платформа nielvisii
Образовательная платформа для проектирования и создания прототипов NI ELVIS выполнена на базе среды графической разработки NI LabVIEW. Платформа является лучшим средством обучения в практическом, интерактивном режиме в таких сферах, как контрольно-измерительные оборудование, схемотехника, электроника, электротехника системы управления, средства коммуникации, а также встраиваемые системы.
Отличительной чертой NI ELVIS II является новый дизайн и комплект из 12 наиболее часто применяемых приборов (осциллограф, цифровой мультиметр, генератор стандартных функций, регулируемый блок питания, анализатор Бода, генератор произвольных сигналов, анализатор динамических сигналов, анализатор тока/напряжения с исходным кодом LabVIEW)в компактном, защищенном от механических воздействий, специально предназначенном для лабораторных условий корпусе. Платформа NI ELVIS II подключается к ПК посредством высокоскоростного USB-интерфейса, и может быть использована для комплексного обучения студентов как младших так и старших курсов, помогая им изучить основы электротехнических дисциплин, начиная от схемотехники и заканчивая созданием системам телекоммуникаций.
Настольная рабочая станция элвис II
Панель управления рабочей станции содержит ручки управления источниками питания и функциональным генератором сигналов, а также предлагает удобное подключение и функционирование различных приборов.
Схема расположения компонентов на панели управления рабочей станции приведена на рисунке 1.10 [8].
Рисунок 1.10 – Рабочая станция ЭЛВИС II с макетной платой. Вид сверху [8].
На рисунке 1.10. введены следующие обозначения:
1.Макетная плата ЭЛВИС II
2.Плавкий предохранитель мультиметра
3.Клеммы для подключения к мультиметру
4.Разъемы для подключения к осциллографу
5.Разъем выхода функционального генератора или входа цифрового запуска
6.Монтажное отверстие под винт на макетной плате
7.Разъем для подключения макетной платы
8.Выключатель питания макетной платы
9.Световые индикаторы статуса
10.Элементы управления регулируемыми блоками питания
11.Элементы управления функциональным генератором.
Технические характеристики лабораторной станции представлены в Приложении 2.
1.3.3 Требуемое программное обеспечение Программное обеспечение ni LabView
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench– среда разработки лабораторных виртуальных приборов) является средой программирования, с помощью которой можно создавать приложения, используя графическое представление всех элементов алгоритма, что отличает ее от обычных языков программирования, таких как С, C++ илиJava, где программируют, используя текст. Однако LabVIEWпредставляет собой значительно большее, чем просто алгоритмический язык. Это среда разработки и исполнения приложений, предназначенная для исследователей - ученых и инженеров, для которых программирование является лишь частью работы.LabVIEWфункционирует на компьютерах, работающих под управлением всех распространенных операционных систем:Windows,MacOS,Linux,SolarisиHP-UX.
Мощный графический язык программирования LabVIEW позволяет в сотни раз увеличить производительность труда. Создание законченного приложения с помощью обычных языков программирования может отнять очень много времени -недели или месяцы, тогда как с LabVIEW требуется лишь несколько часов, поскольку пакет специально разработан для программирования различных измерений, анализа данных и оформления результатов. Так какLabVIEWимеет гибкий графический интерфейс и прост для программирования, он также отлично подходит для моделирования процессов, презентации идей, создания приложений общего характера и просто для обучения современному программированию.
Измерительная система, созданная вLabVIEW, имеет большую гибкость по сравнению со стандартным лабораторным прибором, потому что она использует многообразие возможностей современного программного обеспечения. С помощьюLabVIEWдопустимо создать необходимый тип виртуального прибора при очень малых затратах по сравнению с обычными инструментами. При необходимости вы можете внести в него изменения буквально за минуты.
LabVIEW является идеальным программным средством для создания систем измерения, а также систем автоматизации управления на основе технологии виртуальных приборов. LabVIEW-программа в комплексе с такими аппаратными средствами, как встраиваемые в компьютер многоканальные измерительные аналого-цифровые платы, платы захвата и синхронизации видеоизображения для систем машинного зрения, платы управления движением и исполнительные механизмы, а также измерительные приборы, подключаемые к компьютеру через стандартные интерфейсы RS-232, RS-485, USB, GPIB (КОП), PXI, VXI, позволяет разрабатывать системы измерения, контроля, диагностики и управления практически любой сложности.
LabVIEW имеет собственную мощную математическую поддержку. Кроме того, LabVIEW может интегрировать в себя программы, написанные в среде MATLAB. Большое количество встроенных алгоритмов цифровой обработки одномерных и двумерных сигналов позволяет осуществлять весьма сложную обработку сигнала, изображения и экспериментальных данных во временной, пространственной и спектральной областях. Программная среда LabVIEW постоянно расширяется новыми средствами обработки сигналов на основе вейвлет анализа, алгоритмов нечеткой логики, сетевых технологий и т. д.
Разработка приложений в среде LabVIEW отличается от работы в средах на основе С или Javaодной очень важной особенностью. Если в традиционных алгоритмических языках программирование основано на вводе текстовых команд, последовательно образующих программный код, вLabVIEW используется язык графического программирования, где алгоритм создается в графической иконной форме (pictorial form), образующей так называемую блок-диаграмму (block-diagram), что позволяет исключить множество синтаксических деталей. Применяя этот метод, вы можете сконцентрировать внимание лишь на программировании потока данных; упрощенный синтаксис теперь не отвлекает вас от анализа самого алгоритма.
Программы LabVIEW называются виртуальными приборами (ВП, virtual instruments-VI), так как они функционально и внешне подобны реальным (традиционным) приборам. Однако они столь же подобны программам и функциям на популярных языках программирования, таких как С илиBasic. Здесь и далее мы будем называть программы LabVIEW виртуальными приборами или ВП, причем вне зависимости от того, соотносится их вид и поведение с реальными приборами или нет.
Виртуальный прибор состоит из трех основных частей:
– лицевая панель (Front Panel) представляет собой интерактивный пользовательский интерфейс виртуального прибора и названа так потому, что имитирует лицевую панель традиционного прибора. На ней могут находиться ручки управления, кнопки, графические индикаторы и другие элементы управления (controls), которые являются средствами ввода данных со стороны пользователя, а элементы индикации (indicators) — выходные данные из программы. Пользователь вводит данные, используя мышь и клавиатуру, а затем видит результаты действия программы на экране монитора;
– блок-диаграмма (Block Diagram) является исходным программным кодом ВП, созданным на языке графического программирования LabVIEW,G(Джей). Блок-диаграмма представляет собой реально исполняемое приложение. Компонентами блок-диаграммы являются: виртуальные приборы более низкого уровня, встроенные функцииLabVIEW, константы и структуры управления выполнением программы. Для того чтобы задать поток данных между определенными объектами или, что тоже самое, создать связь между ними, вы должны нарисовать соответствующие проводники (wires). Объекты на лицевой панели представлены на блок-диаграмме в виде соответствующих терминалов (terminals), через которые данные могут поступать от пользователя в программу и обратно;
– для того чтобы использовать некоторый ВП в качестве подпрограммы (подприбора) в блок-диаграмме другого ВП, необходимо определить его иконку (icon) и соединительную панель (connector). Виртуальный прибор, который применяется внутри другого ВП, называется, виртуальным подприбором (ВПП,SubVI), который аналогичен подпрограмме в традиционных алгоритмических языках. Иконка является однозначным графическим представлением ВП и может использоваться в качестве объекта на блок-диаграмме другого ВП. Соединительная панель представляет собой механизм передачи данных в ВП из другой блок-диаграммы, когда он применяется в качестве подприбора - ВПП. Подобно аргументам и параметрам подпрограммы, соединительная панель определяет входные и выходные данные виртуального прибора.
Виртуальные приборы являются иерархическими и модульными (modular). Вы можете использовать их как самостоятельные приложения (top-level programs), так и в качестве виртуальных подприборов. Согласно этой логике, LabVIEW следует концепции модульного программирования (modular programming). Вначале вы разделяете большую прикладную задачу на ряд простых подзадач. Далее создаете виртуальные приборы для выполнения каждой из подзадач, а затем объединяете эти ВП на блок-диаграмме прибора более высокого уровня, который выполняет прикладную задачу в целом.
Технология модульного программирования очень хороша, потому что вы можете работать с каждым ВПП по отдельности, что облегчает отладку приложения. Более того, ВПП низкого уровня часто выполняют задачи, типичные для нескольких приложений и поэтому могут использоваться независимо во многих отдельных приложениях [9],[10],[11].