نرم افزار LabVIEW که مخفف عبارات Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench می باشد، یک زبان برنامه نویسی گرافیکی است که به صورت گسترده ای برای کاربردهای مختلفی در صنایع، تحصیلات، آموزش و تحقیقات آزمایشگاهی به عنوان یک مدل استاندارد برای جمع آوری و پردازش داده ها و همچنین وسیله ای جهت کنترل و شبیه سازی ابزارهای مجازی درآمده است.
این برنامه بر روی تمام سیستم های Hp, Sun SPARC, Macintosh و رایانه های شخصی تحت نرم افزارهای Windows 3.1 و Win95/NT/XP قابل اجراست.
این برنامه یک نرم افزار قدرتمند و قابل انعطاف جهت تجزیه و تحلیل سیستم های اندازه گیری است.
همان گونه که می دانید رایانه ها نسبت به ابزارهای اندازه گیری استاندارد از قابلیتهای بیشتری برخوردار هستند.
ایجاد یک برنامه در محیط LabVIEW بسیار ساده است.
ارتباط شهودی و مستقیم کاربری که در حال کار با labVIEW است نوشتن و استفاده از برنامه های موجود در این بسته نرم افزاری را بسیار جالب و سرگرم گننده می سازد.
عملکرد نرم افزار labVIEW کاملا از طبیعت ترتیبی و زنجیره ای موجود در زبانهای برنامه نویسی متنی متداول و مرسوم مجزاست و یک محیط گرافیکی را برای کاربر فراهم ساخته است.
در این راه از تمامی ابزارهای لازم جهت جمع آوری، پردازش و تحلیل داده ها و نمایش نتایج استفاده می شود.
به کمک این زبان برنامه نویسی گرافیکی که با «G» نشان داده می شود، در برنامه ی نوشته شده از یک نمودار بلوکی استفاده می شود و سپس این نمودار به کدهای ماشین تبدیل می گردد.
این نرم افزار برای موارد بیشماری از کاربردهای علمی و مهندسی، ایده آل و عملی است و به شما کمک می کند تا مسائل و مشکلات موجود در برنامه نویسی را در مدت زمان کوتاهی حل کنید.
مطالبی در مورد labVIEW
نرم افزار labVIEW آن چنان راه خود را در طیف وسیعی از کاربردها و برنامه های «ابزار مجازی» باز کرده است که به سختی می توان دریافت که به راستی این مسیر از کجا آغاز شده است.
همان گونه که از نام این نرم افزار استنباط می شود، این برنامه اولین بار از آزمایشگاه نشأت گرفته و هنوز هم در آزمایشگاههای مختلف در زمینه تحقیق و توسعه، پرطرفدار باقی مانده است.
کاربرد این نرم افزار پرانعطاف به آزمایشگاهها خاتمه نمی یابد.
رد پای این برنامه را میتوان در کلاسهای درسی دانشگاههای سراسر دنیا به خصوص در رشته های مختلفی از جمله مهندسی برق، مکانیک و فیزیک کاربردی یافت.
گستردگی labVIEW در زمینه ی آزمایشگاهها دارای ابعاد مختلفی است.
سیستم های «ابزار مجازی» نظیر labVIEW از لحاظ هزینه ی پایین آنها در زمینه ی سخت افزار و همچنین قابلیت انعطاف بالای آنها در زمینه ی نرم افزار کاملا معروف و شناخته شده اند.
بنابراین جای تعجب نیست که این سیستم ها تا به این حد عمومی و پرطرفدار هستند.
شاید بهترین دلیل برای گسترش کاربرد برنامه ی labVIEW، عمومی و فراگیر بودن آن است.
به عنوان مثال در صنایع گوناگون در مواردی که باید اندازه گیری هایی از قبیل دما انجام گیرد، می توان از این نرم افزار استفاده نمود.
این دما ممکن است دمای یک کوره، یک سیستم سردکننده مانند یخچال، یک محیط گلخانه ای، یک اتاق و یا یک دیگ سوپ باشد.
علاوه بر دما می توان موارد دیگری نظیر فشار، نیرو، جابه جایی، کشش، PH و ...
را نام برد.
از رایانه های شخصی به همراه نرم افزار labVIEW می توان ابزارهای اندازه گیری حقیقی را در محل های گوناگون به صورت مجازی شبیه سازی کرد.
با استفاده از labVIEW نه تنها اندازه گیری ها بسیار ساده تر انجام می گیرد، بلکه قادر خواهد بود کمیت اندازه گیری شده را تجزیه و تحلیل نموده، آ‹ را به نمایش درآورید و یا در صورت تمایل، آن را از طریق رایانه به هر نقطه از جهان ارسال نمایید.
نرم افزار labVIEW را می توان در حقیقت یک کانالیست فرض نمود که بین رایانه و کمیتهای اندازه گیری شونده ارتباط برقرار میکند.
مرحله ی بعدی پس از اندازه گیری و تحلیل هر کمیت، ایجاد تغییر و یا کنترل آن بر اساس نتایج به دست آمده و یا خواسته های ما از سیستم است.
به عنوان مثال پس از اندازه گیری دما لازم است که برای کنترل درجه ی حرارت محیط، یک سیستم گرم کننده یا سردکننده را در محیط فعال نمود.
در این حالت نرم افزار labVIEW باز به میدان می آید و انجام این عمل را ساده تر می سازد.
نظارت و کنترل فرآیند نیز از توانمندیها و قابلیتهای این نرم افزار است.
در برخی موارد این بسته ی نرم افزاری به طورمستقیم وظیفه ی نظارت و کنترل فرآیند را بر عهده دارد.
در برخی موارد نیز میتوان از کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر یا سیستم های PLC استفاده نمود که در این حالت سیستم به دست آمده را SCADA گویند.
در شکلهای زیر چند صفحه از سیستم HMI در یک کارخانه که با کمک نرم افزار labVIEW ساخته شده، نشان داده شده است.
این سیستم با PLC 500 کنترونیک به عنوان کنترلر اصلی در ارتباط می باشد و اطلاعات دریافتی از آن را در صفحات به روز می رساند و از طرفی فرمانهای اپراتوری را نیز به سیستم کنترل ارسال میکند.
تمامی المان های کنترل و نشان دهنده که در صفحه ی پانل قرار می گیرند در پالت Controls یا زیر پالت های آن قرار دارند.
اما اعداد ثابت، دستورها و ساختارهایی که در صفحه ی نمودار بلوکی مورد استفاده قرار می گیرند در پالت Functions یا زیر پالتهای آن وجود دارند.
پنجره ی Help حاوی اطلاعاتی در مورد دستورها، نحوه ی سیم کشی و برقرار نمودن ارتباط با المان های دیگر است.
از طریق منوی Help می توانید به اطلاعات مذکور دسترسی پیدا کنید.
در نرم افزار labVIEW می توان با انتخاب گزینه ی Help>> online References… و یا کلیک کردن بر روی دکمه ی Online Help در پنجره ی Help، به اطلاعات ارزشمندی دست یافت.
در نرم افزار labVIEW می توانید هر یک از برنامه ها را با ایجاد آیکن و کانکتور به عنوان زیربرنامه در برنامه های مراتب بالاتر مورد استفاده قرار دهید.
این زیربرنامه ها کاملا مدولار هستند و ویژگیهایی همچون سهولت در رفع اشکال و درک ساده تر عملکرد برنامه های پیچیده را به ارمغان می آورند.
اگر نمی توانید تمامی مطالب فوق را به خاطر بسپارید، جای هیچ نگرانی نیست.
زیرا به تدریج و در حین انجام تمرینات با این مطالب به طور کامل آشنا خواهید شد.
اگر نمی توانید تمامی مطالب فوق را به خاطر بسپارید، جای هیچ نگرانی نیست.
زیرا به تدریج و در حین انجام تمرینات با این مطالب به طور کامل آشنا خواهید شد.
تمرینات اضافی تمرین 3-3، آموزش labVIEW در این تمرین قصد داریم با مراجعه به لوح فشرده ی همراه این کتاب، مطالبی در در مورد نرم افزار labVIEW بیاموزیم.
1- نرم افزار labVIEW را بارگذاری کنید.
در این حالت پنجره ای مطابق شکل 39-3 ظاهر می شود.
2- لوح فشرده را در داخل گرداننده قرار داده، سپس بر روی دکمه ی labVIEW Tutorial کلیک کنید.
در این حالت در مورد معرفی و کاربردهای این نرم افزار توضیحاتی به صورت صوتی و تصویری ارائه می شود.
از این آموزش لذت ببرید.
تمرین 4-3: جستجوی مثالها و برنامه ها در محیط labVIEW 1- نرم افزار labVIEW را بارگذاری کنید.
در این حالت پنجره ای مطابق شکل 39-3 باز می شود.
2- سپس بر روی دکمه ی Search Examples کلیک کنید.
در این حالت پنجره ای مطابق شکل 40-3 ظاهر می گردد.
3- اکنون یکی از موضوعات مندرج در شکل 40-3 را انتخاب نموده، سپس توضیحات و مثالهای مربوط را ملاحظه کنید.
همان گونه که قبلا نیز عنوان شد با مطالعه ی مثالها و برنامه های نوشته شده در محیط labVIEW می توان به نکاتی بسیار ارزشمند دست یافت.
تمرین 5-3: فراگیری برنامه نویسی با استفاده از تمرینات 1- گزینه ی Help >>Online References … را انتخاب کنید.
2- پس از ظاهر شدن پنجره ی محاوره ای labVIEW، گزینه ی Leam labVIEW with Activities را از این پنجره انتخاب نمایید.
در این حالت یک پنجره ی محاوره ای مطابق شکل 41-3 ظاهر می گردد.
3- تمرینات موجود در این بخش را به دقت بررسی کنید و پس از مطالعه ی هر فصل تمرینات مربوط به آن را گام به گام دنبال نمایید.
تمرین 6-3: شناخت نرم افزار labVIEW 1- لوح فشرده ی همراه این کتاب را در داخل گرداننده قرار داده، سپس فایل Manuals>> Quckstrt.pdf را باز کنید.
2- مطالب مندرج در این فایل را به دقت مطالعه نموده، مراحل عنوان شده در آن را برای ایجاد یک برنامه در محیط labVIEW دنبال کنید.
به دلیل اینکه توضیحات مندرج در این فایل با توجه به نسخه های قبلی ارائه شده است، ممکن است منوها، گزینه ها و همچنین پالت های شناور موجود در شکلهای ترسیم شده در این فایل، با آنچه که شما بر روی صفحه ی نمایشگر رایانه ی خود مشاهده می کنید اندکی متفاوت باشد.
سه تمرین اخیر در حقیقت خودآموز محیط برنامه نویسی labVIEW محسوب میشوند.
در لوح فشرده ی همراه این کتاب مطالب بسیار ارزشمند دیگری وجود دارد.
بنابراین سعی کنید با مطالعه ی این مطالب برنامه نویسی در محیط labVIEW را به سرعت فرا گیرید.
به شما تبریک می گوییم.
تا این مرحله تعدادی از دستورهای مهم و اساسی و همچنین جزییات صفحات پانل و نمودار بلوکی را فرا گرفته اید.
شناخت بسته ی نرم افزاری labVIEW در این فصل اصول عملکرد و قابلیتهای نرم افزار labVIEW را مورد بررسی قرار می دهیم و سعی می کنیم با این محیط برنامه نویسی گرافیکی آشنا شویم.
در این فصل اهداف زیر دنبال می شوند: شناخت واقعی نرم افزار labVIEW درک مفهوم زبان برنامه نویسی گرافیکی و اصل جریان داده.
بررسی مثالهای مقدماتی.
شناخت محیط برنامه نویسی labVIEW.
اصطلاحات کلیدی موجود در این فصل عبارتند از: labVIEW زبان برنامه نویسی «G» ابزار مجازی (VI: Virtual Instrument)) جریان داده (Data Flow) زبان برنامه نویسی گرافیکی (Graphical Programming) صفحه ی پانل (Front Panel) نمودار بلوکی (Block Diagram) آیکن (Icon) کانکتور (Connector) نوار ابزار (Toolbar) سلسله مراتب (Hierarchy) محیط برنامه نویسی labVIEW شاید بسیار علاقه مند باشید که قبل از شروع به کار با نرم افزار labVIEW به اهمیت این نرم افزار پی ببرید و دریابید که به کمک این برنامه می توانید چه اعمالی انجام دهید و متقابلا این نرم افزار چه کارهایی را برای شما انجام می دهد؟
labVIEW مخفف عبارات Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench می باشد و یک محیط برنامه نویسی است که به کمک آن قادر خواهید بود تا برنامه ی موردنظر را به صورت گرافیکی ایجاد نمایید.
با توجه به این قابلیت، تفاوت این نرم افزار با سایر زبانهای برنامه نویسی متداول نظیر BASIC و C که در آنها برنامه به صورت متنی نوشته می شود، مشخص می گردد.
با این وجود نرم افزار labVIEW فراتر از یک زبان برنامه نویسی است.
این بسته ی نرم افزاری، برنامه ای پیشرفته و قابل اجرا برای استفاده ی محققان، مهندسان و کارشناسانی است که طراحی و برنامه نویسی سیستم ها را بر عهده دارند.
این برنامه در رایانه های شخصی تحت نرم افزار Windows و همچنین در سیستم های HP, Mac, Sun SPARC قابل اجراست.
با استفاده از زبان برنامه نویسی قدرتمند «G» و با کمک labVIEW می توانید استعداد برنامه نویسی خود را شکوفا کنید.
این نرم افزار به گونه ای طراحی شده است که قابلیت اندازه گیری، تجزیه و تحلیل داده ها ونمایش نتایج را یک جا و با هم برای کاربرد به همراه دارد.
بنابراین نوشتن برنامه هایی که با استفاده از زبانهای برنامه نویسی رایج و متداول در عرض چندین هفته و یا چند ماه انجام می گیرد، به کمک labVIEW در عرض چند ساعت به پایان می رسد.
همچنین به دلیل اینکه این بسته ی نرم افزاری قابلیت برقراری ارتباط گرافیکی چند جانبه با کاربر را داراست، برنامه نویسی در این محیط بسیار ساده است.
این نرم افزار برای مقاصد شبیه سازی، به ظهور رساندن ایده ها، برنامه نویسی عادی و حتی تدریس و تفهیم مفاهیم اساسی برنامه نویسی کاملا ایده آل است.
به دلیل اینکه برنامه ی نوشته شده در این محیط بر پایه ی نرم افزار استوار است، می توان از قابلیتهای نرم افزاری آن استفاده نمود.
به همین دلیل نسبت به تجهیزات استاندارد و آزمایشگاهی از قابلیت انعطاف و کاربرد بیشتری برخوردار است.
با کمک labVIEW قادر خواهید بود تا دقیقا تجهیزات اندازه گیری موردنیاز خود را به صورت مجازی ایجاد کنید.
این عمل مطمئنا از لحاظ هزینه به مراتب کمتر از هزینه های مربوط به خرید، تجهیز و نصب وسایل اندازه گیری حقیقی خواهد بود.
در صورتی که به تجهیزات اندازه گیری دیگری نیاز باشد به کمک این نرم افزار می توانید در عرض چند دقیقه برنامه ها را تغییر دهید و آنها را اصلاح نمایید.
بنابراین استفاده نمودن از labVIEW، منجر به صرفه جویی در زمان صرف شده برای برنامه نویسی و هزینه ی تهیه ی لوازم اندازه گیری و وسایل آزمایشگاهی می گردد.
در شکل 1-1 نمونه ای از کاربرد این نرم افزار را ملاحظه می کنید.
در نرم افزار labVIEW کتابخانه هایی حاوی توابع و دستورهای عملیاتی و زیر برنامه های اجرایی وجود دارند که به کاربر کمک می کنند تا برنامه نویسی را بدون روبه رو شدن با مشکلات موجود در اکثر زبانهای برنامه نویسی متنی به آسانی دنبال کند.
این برنامه همچنین دارای کتابخانه هایی شامل ابزارهای جانبی جهت جمع آوری داده ها، استفاده از کارت های GPIB و درگاه سریال، تجزیه و تحلیل، نمایش و ذخیره ی داده هاست.
کتابخانه ی Analysis حاوی گروهی از توابع و دستورهای مفید و کاربردی است که جهت تولید و پردازش سیگنال ها به کار برده می شوند.
توابع و دستورهای دیگری نظیر فیلترها، آمارگیری، رگرسیون، جبر خطی و حساب آرایه ای نیز در این کتابخانه وجود دارند.
به دلیل وجود قابلیت گرافیکی در بسته ی نرم افزاری labVIEW، طبیعتا از این برنامه جهت نمایش داده ها نیز استفاده می شود.
در این نرم افزار، خروجیها به صور مختلف بر روی صفحه به نمایش در می آیند.
گراف ها، نمودارها و محیطهای گرافیکی تعریف شده توسط کاربر تنها گوشه ای از ویژگیها و قابلیتهای موجود به منظور نمایش خروجی می باشند.
در این کتاب با نحوه ی نمایش داده ها به هر یک از اشکال مذکور آشنا خواهید شد.
برنامه ی نوشته شده در محیط labVIEW را می توان در سیستم های مختلف استفاده و جابه جا نمود.
به عنوان مثال می توانید برنامه ای را در یک سیستم Mac نوشته و بدون هیچ گونه تغییری آن را بر روی یک رایانه ی شخصی تحت نرم افزار Windows بارگذاری و اجرا نمایید.
زبان برنامه نویسی «G» واصل جریان داده محیط برنامه نویسی labVIEW از یک نظر کاملا با زبانهای برنامه نویسی متداول نظیر BASIC و C متفاوت است.
در حالی که در دیگر زبانهای برنامه نویسی از محیطهای متنی برای نوشتن برنامه استفاده می شود، labVIEW یک زبان برنامه نویسی گرافیکی موسوم به «G» را به کار می گیرد.
در این محیط، برنامه ها به صورت گرافیکی در صفحه ای موسوم به نمودار بلوکی ایجاد می شوند.
به کمک این روش گرافیکی می توانید عبور و جریان داده ها را در برنامه ی نوشته شده ملاحظه نمایید.
دو صفحه ی رابط کاربر و کدهای گرافیکی مربوط به یک برنامه ی کاملا ساده و ابتدایی در محیط labVIEW را در شکل 2-1 ملاحظه می کنید.
در نرم افزار labVIEW از اصطلاحات فنی، آیکن ها و ایده های آشنا برای محققان و مهندسان استفاده شده است.
برای برنامه نویسی در این نرم افزار به جای زبان متنی از نمادهای گرافیکی استفاده می شود.
بر اساس اصل جریان داده، توابع و دستورهای موجود در برنامه، تنها پس از دریافت داده های مهم و ضروری اجرا می شوند.
حتی اگر قبلا تجربه ی برنامه نویسی نداشته باشید به راحتی می توانید برنامه نویسی به کمک labVIEW را فرا بگیرید.
اما در صورتی که از اصول برنامه نویسی آگاهی داشته باشید در فراگیری این نرم افزار موفق تر خواهید بود.
نرم افزار labVIEW چگونه عمل می کند؟
به دلیل اینکه ظاهر و عملکرد برنامه های نوشته شده در محیط labVIEW از تجهیزات و ابزار حقیقی پیروی می نمایند و در واقع این برنامه ها، تجهیزات اندازه گیری را شبیه سازی می کنند، آنها را ابزار مجازی یا VI نامند.
این برنامه ها با توابع، دستورها، برنامه ها و زیر برنامه های زبانهای برنامه نویسی متنی نظیر BASIC و C مطابقت دارند.
از این به بعد به برنامه های نوشته شده در محیط labVIEW به نام VI را اختصاص می دهیم.
برنامه های نوشته شده در این محیط با پسوند Vi مشخص می گردند.
هر برنامه شامل سه بخش اساسی زیر است: 1- صفحه ی پانل یا Front Panel بخشی است که کاربر و نرم افزار labVIEW به راحتی می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کند و بر یکدیگر اثر متقابل داشته باشند.
این نام از آن جهت به این صفحه اختصاص داده شده است که در این بخش، پانل یا «صفحه ی جلویی» یک سیستم اندازه گیری یا فیزیکی شبیه سازی می گردد.
در این صفحه می توان از کلیدها، دکمه ها و دیگر المان های ورودی که در مجموع به آنها کنترل گوییم و همچنین از المان های خروجی برنامه موسوم به نشان دهنده استفاده نمود.
در این صفحه با استفاده از صفحه کلید یا ماوس، داده ها را وارد نموده، نتایج حاصل را بر روی صفحه ی نمایشگر رایانه مشاهده می کنیم.
در شکل 3-1 صفحه ی پانل یک برنامه نشان داده شده است.
2- صفحه ی نمودار بلوکی یا Block Diagram بخش دیگری از برنامه می باشد که محل قرار گرفتن کدها و نمادهایی است که زیربنای زبان برنامه نویسی گرافیکی «G» هستند.
صفحه ی نمودار بلوکی در حقیقت بخش اجرایی برنامه است.
این صفحه شامل دستورها، توابع، ثوابت و ساختارهاست.
در این صفحه جهت نشان دادن عبور داده ها و برقراری ارتباط بین عناصر از سیم استفاده می شود.
هر یک از المان ها و عناصر استفاده شده در صفحه ی پانل دارای یک ترمینال منحصر به فرد و متناظر بر روی صفحه ی نمودار بلوکی است.
در شکل 4-1 صفحه ی نمودار بلوکی یک برنامه را ملاحظه می کنید.
این صفحه ی نمودار بلوکی با صفحه ی پانل نشان داده شده در شکل 3-1 متناظر است.
در هنگام ایجاد هر صفحه ی پانل، یک صفحه ی نمودار بلوکی متناظر و همنام با آن نیز ایجاد می گردد.
به نام مندرج در نوار عنوان هر دو صفحه توجه کنید.
همان گونه که ملاحظه می کنید، عنوان در نظر گرفته شده برای این دو صفحه یکسان است.
تنها تفاوت موجود بین عناوین دو صفحه ی مذکور در عبارت «Diagram» می باشد.
3- برای این که بتوانیم یک برنامه را به عنوان زیربرنامه در صفحه ی نمودار بلوکی برنامه های دیگر به کار بریم، باید از آیکن و کانکتور استفاده کنیم.
هر گاه یک برنامه در داخل برنامه ی دیگری به کار برده شود، در اصطلاح، زیربرنامه یا SubVI خوانده می شود.
زیربرنامه، نظیر Subroutine در زبانهای برنامه نویسی متنی است.
آیکن، یک نماد گرافیکی است و به عنوان یک عنصر در صفحه ی نمودار بلوکی برنامه ی سطح بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد.
در صورتی که یک برنامه به عنوان زیر برنامه به کار برده شود، جهت برقراری ارتباط داده ها بین صفحه ی نمودار بلوکی و برنامه ی اصلی یا برنامه های سطح بالاتر، از کانکتور استفاده می شود.
همانند پارامترهای Subroutine، کانکتور نیز معرف ورودیها و خروجیهای برنامه است.
در شکل 5-1 نمای یک زوج آیکن/ کانکتور را ملاحظه می کنید.
VIها همگی از اصل سلسله مراتب پیروی می کنند.
بنابراین میتوانید آنها را طبق اصل سلسله مراتب به عنوان برنامه ی اصلی و یا به صورت زیربرنامه استفاده کنید.
نوشتن برنامه بدین روش را برنامه نویسی مدولار گویند.
بنابراین برای نوشتن یک برنامه کافی است ابتدا آن را به تعدادی زیربرنامه تقسیم نمایید.
سپس برای هر یک از برنامه ها یک برنامه بنویسید و با ترکیب زیربرنامه ها و قرار دادن آنها در صفحه ی نمودار بلوکی برنامه ی سطح بالاتر، VI یا برنامه ی اصلی را تکمیل کنید.
برنامه نویسی مدولار دارای مزایای بسیاری است.
زیرا شما می توانید هر یک از زیربرنامه ها را به تنهایی اجرا کنید.
این قابلیت باعث تسهیل در رفع اشکال برنامه نیز می گردد.
علاوه بر این بسیاری از زیر برنامه های قرار گرفته در سطوح پایین تر اغلب انجام وظایفی را با چند برنامه ی کاربردی دیگر به صورت مشترک بر عهده می گیرند یا می توانند به صورت مستقل با هر یک از برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار گیرند.
در جدول 1-1 تعدادی از اصطلاحات نرم افزار labVIEW به همراه اصطلاحات معادل آنها در زبانهای برنامه نویسی متنی متداول آورده شده است.
برقراری ارتباط بین رایانه و دنیای خارج سیستم اندازه گیری مجازی یا به اصطلاح Virtual Instrumentation، پایه و اساس آزمایشگاههای مدرن و امروزی است.
مجموعه ی سیستم اندازه گیری مجازی شامل یک دستگاه رایانه، نرم افزار مربوط و کارت هایی است که تجهیزات و ابزار آزمایشگاهی را شبیه سازی می کنند.
این نرم افزار همان برنامه ای است که ما آن را labVIEW می نامیم.
به دلیل اینکه عملکرد این سیستم توسط کاربر و به صورت نرم افزاری تعیین می شود، کاملا قابل انعطاف و قدرتمند است و از لحاظ هزینه، نسبت به ابزارهای اندازه گیری حقیقی در سطحی بسیار پایین تر می باشد.
دراین فصل در مورد نحوه ی برقراری ارتباط بین رایانه و دنیای خارج به بحث می نشینیم.
در این فصل اهداف زیر دنبال می شوند: شناخت ماهیت واقعی و اجرای سیستم های DAQ و GPIB.
فراگیری مطالبی در مورد درگاههای سریال رایانه.
فراگیری قابلیتهای مفید مربوط به دستورها و توابع تحلیلی.
کسب اطلاعات مختصری در زمینه های VXI.
بررسی نحوه ی تبادل داده ها بین چند رایانه یا چند برنامه ی کاربردی در محیط labVIEW.
فراگیری مطالبی در مورد برخی از ابزارهایی که می توان به نرم افزار labVIEW اضافه نمود و بدین ترتیب قابلیتهای آن را افزایش داد.
اطلاحات کلیدی موجود در این فصل عبارتند از: جمع آوری داده ها یا DAQ (Data Acquisition) باس ارتباطی همه منظوره یا GPIB (General Purpose Interface Bus) استاندارد IEEE 488.2 درگاههای سریال رایانه (Serial Ports) برقراری ارتباط از طریق شبکه (Networking) DLL (Dynamic Link Library) CIN (Code Interface Node) OLE (Object Linking Embedding) ابزارهایی که می توان به labVIEW اضافه نمود و بدین ترتیب قابلیتهای آن را افزایش داد (Toolkits) سیر تکامل تدریجی نرم افزار labVIEW در سال 1983 شرکت NI تحقیقات خود را برای یافتن راهی جهت به حداقل رساندن زمان لازم برای برنامه نویسی سیستم های اندازه گیری آغاز نمود.
در نتیجه ی این تحقیقات، نظریه ی «ابزار مجازی» یا در اصطلاح Virtual Instrument ظهور کرد.
در این نظریه از یک زبان برنامه نویسی گرافیکی استفاده شده بود.
در این زبان برنامه نویسی، از صفحه ای موسوم به «پانل» جهت برقراری ارتباط با کاربر استفاده می شد.
همچنین صفحه ای دیگری به نام «نمودار بلوکی» که در آن کدهای برنامه نویسی قرار داشتند به کار برده شد.
در شکل 1-2 سیر تکامل بسته ی نرم افزاری labVIEW را ملاحظه می کنید.
اولین نسخه ی این نرم افزار یا labVIEW 1 در سال 1986 پا به عرصه ی دنیای نرم افزار گذاشت.
این برنامه تنها در محیط Mac قابل استفاده بود.
اگر چه سیستم Mac جهت اهداف و مقاصد آزمایشگاهی و اندازه گیری به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گرفت، اما به دلیل سازگاری طبیعت گرافیکی این سیستم با ماهیت گرافیکی و تکنولوژی استفاده شده در labVIEW، در ابتدای امر مورد توجه قرار گرفت تا اینکه سیستم های عامل دیگری توانستند این بسته ی نرم افزاری را پشتیبانی کنند.
تا سال 1990 شرکت NI نسخه های دیگری از نرم افزار labVIEW را با ویرایش های جدید و با استفاده از تکنیک های نرم افزاری جدید و بهره گیری از راهنمایی و پیشنهادهای کاربران عرضه نمود.
نکته ی شایان ذکر آن است که در خلال این سالها، نسخه ی دوم این نرم افزار یعنی labVIEW 2 به بازار آمد و سرعت اجرای VIها را افزایش داد تا جایی که سرعت اجرای VIها با سرعت برنامه های نوشته شده در محیط برنامه نویسی C قابل مقایسه بود.
در حالی که سیستم های عامل دیگری در محیطهای گرافیکی و غیر گرافیکی ظهور نمودند، شرکت NI نیز تحقیقات خود را جهت به اجرا در آوردن برنامه ی labVIEW در رایانه های شخصی و سیستم های دیگر ادامه داد.
در سال 1992 این شرکت اعلام نمود که نرم افزار labVIEW بر روی رایانه های شخصی و سیستم های Sun نیز قابل اجراست.
نسخه ی شماره ی 3 این نرم افزار یعنی labVIEW 3 در سال 1994 برای سیستم های عامل Mac، Windows و sun به بازار عرضه شد.
از امکانات قابل توجه این نسخه، قابلیت برنامه نویسی در یکی از سیستم ها و به اجرا در آوردن آن برنامه تحت همان سیستم و یا سیستم های دیگر بود.
این قابلیت به کاربر اجازه می داد تا سیستم عامل موردنظر خود را از بین سیستمهای مختلف انتخاب نماید.
در سال 1994 سیستم های عامل دیگری نظیر Windows NT و HP در فهرست سیستم های پشتیبانی کننده ی نرم افزار labVIEW قرار گرفتند.
با ظهور سیستم عامل Win95 در سال 1995 این سیستم نیز به فهرست مذکور اضافه شد.
نسخه ی شماره ی 4 این نرم افزار یا labVIEW 4.0 که در سال 1996 عرضه شد دارای قابلیتها و امکانات پیشرفته ی بسیاری بود.
به گونه ای که کاربران می توانستند محیط برنامه نویسی خود را مطابق با سطح معلومات، تجربه و نیازهای خود ایجاد نمایند.
علاوه بر این، نسخه ی مذکور دارای ابزارهای قدرتمندی جهت ایجاد تغییر و انجام اصلاحات در سیستم های پیشرفته ی اندازه گیری بود.
نسخه ی labVIEW 5.0 نیز در سال 1997 عرضه شد.
تمامی سیستم های عامل از جمله Windows xp این نرم افزار را پشتیبانی می کنند و هم اکنون ما نسخه 8 آن را در اختیار داریم.
اگر چه این بسته ی نرم افزاری، ابزاری قدرتمند جهت شبیه سازی داده هاست، اما در اکثر موارد برای جمع آوری داده ها و برقراری ارتباط بین رایانه و دنیای خارج نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
به همین منظور برنامه های بسیار زیادی جهت انجام اعمال مذکور در محیط labVIEW تعبیه شده اند.
به عنوان مثال به کمک نرم افزار labVIEW می توان از کارت های DAQ جهت جمع آوری داده ها و یا تولید سیگنال های آنالوگ و دیجیتال استفاده نمود.
به کمک این کارتها و نرم افزار labVIEW می توان دمای یک محیط را تحت کنترل و نظارت قرار داد، سیگنال هایی را به یک سیستم دیگر ارسال نمود و یا مقدار فرکانس یک سیگنال ناشناخته را تعیین کرد.
با به کارگیری نرم افزار labVIEW و کارت های GPIB یا درگاههای سریال رایانه می توان داده ها را به آسانی جمع آوری نمود.
جهت برقراری ارتباط بین رایانه و اسیلوسکوپ، مولتی متر، اسکنر و همچنین برای بهره برداری از سیستم های اندازه گیری که در فواصل دور از سیستم کنترل خود قرار دارند می توان از کارت های GPIB استفاده نمود.
نرم افزار labVIEW همچنین می تواند سخت افزار سیستم های اندازه گیری پیچیده ی VXI را تحت کنترل درآورد.
با به کارگیری این بسته ی نرم افزاری می توانید پس از جمع آوری داده ها با کمک چند VI که جهت آنالیز و تحلیل داده ها در labVIEW تعبیه شده اند، داده ها را پردازش کنید و آنها را به نمایش درآورید.
به کمک نرم افزار labVIEW می توانید برای سهولت در امر پردازش، داده های جمع آوری شده را بین چند رایانه تقسیم کنید.
در این بسته ی نرم افزاری توابع ودستورهایی از پیش نوشته شده وجود دارند که انجام این عمل را تسهیل می نمایند، همچنین چند پروتکل شبکه را پشتیبانی می کنند.در این نرم افزار می توان از CIN یا DLL نیز جهت فراخوانی کدهای خارجی استفاده نمود.
در ادامه ی این فصل به بررسی امکانات و قابلیتهای ویژه ی labVIEW می پردازیم.
جمع آوری داده ها (DAQ) DAQ به طور خلاصه به اندازه گیری یک سیگنال حقیقی نظیر ولتاژ و ارسال آن به رایانه جهت پردازش، تجزیه و تحلیل، ذخیره و اعمال تغییرات اطلاق می گردد.
در شکل 2-2 اجزای یک سیستم DAQ نشان داده شده است.
در شکل 2-2 منظور از اصطلاح Physical phenomena کمیت فیزیکی موردنظر یا همان سیگنال است.
این سیگنال ممکن است سرعت، درجه حرارت، رطوبت، فشار، PH، مقدار فلو، سیگنال وضعیت روشن و خاموش شدن یک سیستم، میزان رادیواکتیویته ی یک عنصر، شدت نور و ...
باشد.
سنسورها و مبدلها کمیت فیزیکی موردنظر را می سنجند و یک سیگنال الکتریکی متناسب با مقدار اندازه گیری شده تولید می کنند.
به عنوان مثال ترموکوپل هایی که می توان آنها را نوعی مبدل فرض کرد، درجه حرارت را به ولتاژ تبدیل می کنند.
این سطوح ولتاژ توسط «مبدل آنالوگ به دیجیتال» که به طور خلاصه آن را با A/D نشان می دهیم قابل اندازه گیری خواهند بود.
نمونه های دیگری از مبدلها عبارتند از: گیج های کشش، فلومترها و مبدلهای فشار که به ترتیب جهت اندازه گیری نیرو، مقدار فلو و فشار مورد استفاده قرار می گیرند.
در هر یک از حالات مذکور، سیگنال الکتریکی ایجاد شده توسط مبدل با کمیت فیزیکی موردنظر متناظر است.
به کمک نرم افزار labVIEW و کارت های DAQ می توان سیگنال های آنالوگ را با استفاده از مبدل A/D قرائت نمود.
با به کارگیری این نرم افزار و کارت های مذکور می توان در موارد زیر از قابلیتهای labVIEW استفاده کرد: به کمک نرم افزار labVIEW و کارتهای DAQ میتوان سیگنال های آنالوگ را با استفاده از مبدل A/D قرائت نمود.
با به کارگیری این نرم افزار و کارت های مذکور می توان در موارد زیر از قابلیتهای labVIEW استفاده کرد: قرائت سیگنال های آنالوگ با استفاده از مبدل A/D، تولید سیگنال های خروجی آنالوگ به کمک مبدل D/A، قرائت و یا ارسال سیگنال های دیجیتال، اعمال تغییر در شمارنده های موجوددر کارت ها جهت اندازه گیری فرکانس، تولید پالس و ...
در صورتی که کمیت موردنظر یا سیگنال مورد بحث به صورت آنالوگ باشد، ولتاژ تولید شده توسط سنسور یا مبدل، به کارت های DAQ در رایانه ارسال می شود و پس از تبدیل آنها به سیگنال دیجیتال، عملیات ذخیره، پردازش و ...
بر روی داده ها یا سطوح ولتاژ تولید شده انجام می گیرد.
«مدول های تطبیق دهنده ی سیگنال» سیگنال های تولید شده توسط مبدلها را با سیگنالها و سطوح ولتاژ قابل قبول برای کارت های DAQ منطبق می سازند.
به عنوان مثال فرض کنید که می خواهید ولتاژهای فشار قوی سیستم روشنایی شهر را مورد بررسی قرار دهید و آنها را تجزیه و تحلیل کنید.
در صورت عدم استفاده از این مدول ها، رایانه، کارت های DAQ و اجزای دیگر مورد استفاده در این پروژه از بین خواهند رفت و موجب وارد آمدن خسارات جبران ناپذیری خواهد شد.
مدول های تطبیق دهنده ی سیگنال اعمالی نظیر تقویت، تضعیف، خطی سازی، فیلتر کردن، ایزوله سازی و ...
انجام می دهند.
در اکثر موارد استفاده از این مدول ها الزامی است.
مگر در موارد معدودی که سیگنال های مورد بحث از نوع دیجیتال بوده، سطح ولتاژ آنها نیز پایین باشد.
در هنگام استفاده از این مدول ها مراقب باشید که که از نظر الکتریکی به رایانه و کارت ها DAQ آسیبی وارد نگردد.
درمورد استفاده از مدول های تطبیق دهنده، حالت امتحانی یا انتخابی وجود ندارد.
بدین مفهوم که برای به کارگیری یک مدول تطبیق دهنده نمی توان از روش «سعی و خطا» استفاده کرد.
بلکه باید قبل از شروع به کار حتما شرایط و انطباق پارامترها و موارد خواسته شده با مدول مربوط را بررسی نمود.