Escola PolitcnicaUniversidade de So PauloPSI -2222 Prticas de Eletricidade e Eletrnica 2 Agosto / 2008

Instrumentao Virtual

Joo Kogler ..PSI / EPUSP

AgendaO que a Instrumentao Virtual Como surgiu a Instrumentao VirtualO LabVIEW e a Instrumentao VirtualComo se usa o LabVIEW

Instrumentao Instrumento de medioGrandeza FsicaMedida(valor numrico)InstrumentodeMedio

Instrumentao Instrumento de medioCalor, Aquecimento,Energia TrmicaTemperaturaTermmetroExemplo

Instrumentao Instrumento de medioCalor, Aquecimento,Energia TrmicaTemperaturaTermmetroExemploConverteaquecimentoem dilatao

Instrumentos de Medio EletrnicosBaseiam-se na medida e transformao de grandezas eltricas Tenses, CorrentesValem-se de sensores Transformam uma grandeza no-eltrica em eltricaexemplotermoparCondicionamento /amplificadordisplay

Instrumentos de Medio Analgicos x DigitaisanalgicotermoparCondicionamento /amplificadordisplaydigitaltermoparCondicionamento /amplificadordisplayConversor A/Ddisplay numrico

Instrumentos de MedioFornecem medidas de variveis e parmetros fsicosSensores:TermoparesExtensmetros (strain gages), sensores de pressoAcelermetros, Velocmetros, Sensores de DeslocamentoSensores fluidodinmicosClulas de carga, TorqumetrosSensores qumicos e biolgicosSensores pticosSensores eletrodinmicos

Instrumentao Instrumento de atuaoGrandeza FsicaDado de controle(valor numrico)InstrumentodeAtuao

Instrumentao Instrumento de atuaoEnergia EltricaMovimentoMotor+DriverExemplo

Instrumentos de AtuaoExercem controle sobre variveis e parmetros fsicosEfetores ou atuadores:Aquecedores, resfriadoresMotoresDosadoresRobs, posicionadoresCpsulas eletrodinmicas, atuadores eletrodinmicosAtuadores pneumticos e hidrulicosMicro-atuadores

Instrumentao via computador digital

Instrumentao via computador digitalinstrumentosexperimentoBarramento de comunicao

Comunicao entre computador e instrumentoInstrumentosOsciloscpioFrequencmetroMultmetroComputadorBarramento GPIBGeneral PurposeInterfaceBus

Interface grfica de controle dos instrumentosInstrumentosOsciloscpioFrequencmetroMultmetroComputadorBarramento GPIB

Instrumento Virtual Tipo 1Eletrnica de instrumentaoInterface grfica de controlePrograma implementando os algoritmos de comunicao e anlise

Instrumentao VirtualTipo 1 - Computador comunicando com instrumentos remotos e acrescentando novas funcionalidades ao sistema de instrumentao

Tipo 2 - Computador com hardware de aquisio de sinais realizando o papel de um instrumento

Instrumentos Equipamentos de MedioExemplo: Osciloscpio

Instrumentos Equipamentos de Medio

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador Vertical

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.Varredura / Excitao do TRC

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.Varredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de Operaosinal

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.Varredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de Operaosinal

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.Varredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de Operaosinal

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.Varredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de Operaosinal

Instrumentos Equipamentos de MedioAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.Varredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de Operaosinal

Instrumentos Equipamentos de MedioVarredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de OperaosinalAmplificador / Atenuador VerticalOscilador / Base de Tempo Horiz.

Instrumentos Equipamentos de MedioVarredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de OperaosinalOscilador / Base de Tempo Horiz.

Instrumentos Equipamentos de MedioVarredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de OperaosinalOscilador / Base de Tempo Horiz.

Instrumentos Equipamentos de MedioVarredura / Excitao do TRCPainel FrontalInterface de OperaosinalOscilador / Base de Tempo Horiz.Painel Frontal

Instrumentos Equipamentos de MedioVarredura / Excitao do TRCsinalOscilador / Base de Tempo Horiz.Painel Frontal

Instrumentao Virtual Tipo 2O computador implementa o instrumento

Instrumentao Virtual Tipo 2

Instrumentao Virtual Tipo 2Condicionamento do Sinal

Instrumentao Virtual Tipo 2Sensores

Aquisio do SinalamostragemdigitalizaoProcessamento do Sinalfiltragem digitalinterpolaoestimaoAmostrasValores numricos na memriasinal

Exemplo Medio e Anlise

Exemplo Medio e Anliseextensmetros(strain gages)

Exemplo: Teste

Exemplo Teste

Exemplo Teste

Instrumentao e ControleInstrumento de medio SensorMonitora uma varivelInstrumento de atuao EfetorControla uma varivelgTveatuaofmedioTd

Exemplo - Simulao e Prototipao

Exemplo Simulao e Prototipao

Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

Painel Frontal

Diagrama de Blocosconectores

Ambiente de DesenvolvimentoLinguagem grfica de programaoMaior eficincia Mais rpido de se desenvolverMelhor reteno da estruturaMelhor viso de conjuntoViso clara das dependncias entre processos e dadosOrientao ao fluxo de dados fica explcitaIndependncia entre threads fica explcitaSeparao da GUI (Interface Grfica de Usurio) e dos algoritmos

Separao entre a GUI e o algoritmo

Interfaces Grficas de Usurio - Automao

Linguagem de Programao Grfica G

Exemplo:Construir um programa queCrie um vetor com 100 elementosPreenchido com dados aleatriosAcha o maior valor contido nesse vetor

O programa escrito em G ( LabVIEW )

#include #include main( ){ double num[100], max; int i; // Preenche vetor com nmeros aleatrios printf("O vetor de numeros aleatorios:\n\n"); for(i=0; i

#include #include main( ){ double num[100], max; int i; // Preenche vetor com nmeros aleatrios printf("O vetor de numeros aleatorios:\n\n"); for(i=0; i

Evoluo da Abstrao de SoftwareAbstraoComplexidade do SistemaCdigo de MquinaLinguagem AssemblyCC++C#Plataforma para Projeto de Sistemas

As Linguagens de Programao so usadas h mais de 50 anosFORTRAN (1954)BASIC (1963)Pascal (1968)Smalltalk (1970)C (1971)

E o LabVIEW?

Criador do LabVIEWJeff Kodosky

LabVIEW

Parte prtica Exerccios com LabVIEWJoo Kogler2008

Exemplo simples:Criar as variveis de entrada A e B e a de sada C posiocionando controles e indicador numricos no painel frontalNo diagrama de blocos aparecem os respectivos conectoresRealizar a adio A + B produzindo sada em C

Continuao:Substituir a varivel B no diagrama de blocos por uma funo de biblioteca que gera nmeros aleatrios uniformemente distribudos no intervalo [0,1]

Continuao:Para repetir o clculo constantemente, colocar o lao de while no diagrama de blocos.Note que o boto de execuo mudou para uma flecha quebrada, indicando erros. Clicando-se nele, abre um pop-up com a indicao dos errosNo caso o erro a falta da condio de parada do while

Continuao:Erro resolvido, colocando-se o boto de stopAcrescentada a funo Wait que permite a diminuio da velocidade do lao, introduzindo um tempo de espera (no caso especificado como 500 ms)

Continuao:Acrescentada sada grfica em tempo de execuo

Continuao:Como ilustrao, a condio de parada do loop que era stop if true foi trocada para continue if trueNeste caso o lao while executa apenas uma iterao

Continuao:Filtragem de mdia mvel:Supondo que o resultado da adio seja um sinal ruidoso, realizar sua filtragem fazendo-se a mdia aritmtica dos valores de sada, em tempo de execuo

Continuao:Exibio dos valores no filtrados (pontos vermelhos) e filtrados (curva verde) em um nico grfico

Continuao:Idem, porm substituindo os blocos por texto, a ttulo de ilustrao de outra opo de programao

Continuao

Continuao:Criao de sub-vi todo o trecho do programa foi substitudo por um sub-vi criado a partir desse trecho (selecionado com o mouse)

Continuao:Clculo do histograma usando um sub-vi da biblioteca de funes matemticas do LabVIEW no caso um Express VIO display do histograma feito atravs de outro tipo de grfico (waveform graph)ArrayArray

Continuao:Clculo do valor mdio do array de sada atravs de um lao ForWhileFor

Novo exemplo:Etapa 1 da criao de um jogo tipo Mine Sweeper modificadoExemplos de arrays booleanos (array de controles chaves - e array de indicadores LEDs )

Continuao:Regras do Jogo 2 arrays de LEDs um deles implementado como controle (apostas) e o outro como indicador (resultados)As jogadas so feitas no array Apostas O diagrama mostra a inicializao desses arraysO array resultados inicializado com as posies das minas (no mostrado para o jogador)

Continuao:No caso anterior o valor 0.5 indicava o ponto mdio do intervalo de valores aleatriosNeste caso o valor 0.5 foi substotuido por um controle que permite escolher o grau de dificuldade do jogo (de 0 a 10)

Mquina de estados do jogoCorresponde ao mecanismo de transio de estados que segue as seguintes regras do jogo:O jogo comea no estado de novo jogo (NOVO)Em NOVO o jogador pode escolher o nivel de dificuldadeEscolhido o nivel de dificuldade, ele aperta o boto NOVOAo apertar o boto JOGA, entra no estado em que se faz as jogadas. O jogador entra com uma jogada clicando em um nos LEDs do array APOSTAS. O computador testa se o LED escolhido corresponde a um LED contendo mina, no array RESULTADOS:Se no, continua em JOGA, permitindo nova jogadaSe sim, encerra o jogo, mostrando o contedo do array resultados e vai para um novo estado, chamado PERDEUSe o jogador escolher NOVO, retorna ao estado NOVO, do incio;A outra opo o jogador escolher PARA, que vai para o estado PARA e termina a sesso de jogos.

Diagrama de estados1243JOGAPERDEUPARANOVO

Exemplo de mquina de estados:Cada estado corresponde a um botoPressionando-se o boto, ela vai para aquele estadoNeste exemplo, a mquina muda de estado ao pressionar o boto, mas volta ao estado inicial (default)

Continuao:Neste exemplo, foi inserido o mecanismo para fazer a transio de estados somente se ocorrer mudana

Continuao:Voltando ao jogo como fica com a mquina de estados