MEC2115 & AER2100INTRODUCTION À LABVIEW

COURS DE 14 HEURES AVEC EXERCICES ET TRAVAIL PRATIQUE (TP-4)

PROGRAMMATION GRAPHIQUEPOUR LES INGÉNIEURS ET LES SCIENTIFIQUES

MEC2115 & AER2100

COURS LABVIEW N° 6

§ Acquisition de données

§ Mesure et génération de signaux

§ Exercices n° 12 et 13

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INTRODUCTION À L’ACQUISITION DE DONNÉES

§ Un capteur convertit un phénomène physique en un signal (généralement de nature électrique) mesurable par un système d’acquisition de données 3

Phénomènephysique

Capteur Chaîne de traitement dusignal (amplification,

filtrage, échantillonnage, etc.)

Ordinateur

Ondesonore

Conversion du sonen signal électrique

Conversion du signalanalogique en signal

numérique

PÉRIPHÉRIQUE DAQ(DATA ACQUISITION)

§ Instrument qui mesure ou génère un signal– Mesure : conversion analogique / numérique (A/D)– Génère : conversion numérique / analogique (D/A)

§ Peut contenir plusieurs voies (canaux) et périphériques de conversion, de conditionnement, etc.

§ Connecté le plus souvent à un ordinateur hôte par un type de réseau de communication

§ Les périphériques DAQ fabriqués par NI sont appelés des périphériques DAQmx

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PÉRIPHÉRIQUES DAQMX

§ Comprennent les cartes enfichables sur le bus de l’ordinateur et des périphériques externes qui peuvent se connecter aux différents ports d’entrée d’un ordinateur: USB, FireWire, Ethernet (filaire et Wi-Fi), GPIB, etc.

§ Exemples

5CompactDAQ (USB)

Châssis PXI Wi-Fi DAQ

Carte PCI

§ Fréquence (ou taux) d’échantillonnage (sampling rate) :

– Exprimée en Hz (kHz), éch./s (kéch./s), S/s (kS/s, samples per second)

§ Multiplexage– Le convertisseur A/D ou D/A est utilisé avec plusieurs entrées et

sorties en simultané– Le partage des ressources entre les différentes voies de la carte

d’acquisition fait baisser la fréquence d’échantillonnage réelle

PARAMÈTRES DE L’ACQUISITION DE DONNÉES

6fe reelle =

feNombre de voies

fe ou fs =Nombre de points

Duree d

0enregistrement

§ Exemple : sinusoïde de 1 Hz échantillonnée à :

PARAMÈTRES DE L’ACQUISITION DE DONNÉES

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100 Hz 10 Hz20 Hz

4 Hz6 Hz 2 Hz

§ Résolution (quantification) : détermine la valeur minimale de la variation du signal pouvant être mesurée– Exprimée en bits. Plus la résolution est importante, plus la

représentation du signal est précise

§ Gamme : valeurs minimale et maximale du signal

§ Gain & bruit

PARAMÈTRES DE L’ACQUISITION DE DONNÉES

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Exemple d’un signal échantillonné sur 3 bits (source : NI)

CONNEXIONS DES ENTRÉES ANALOGIQUESSOURCES DE SIGNAUX D’ENTRÉE

§ Signal référencé (à la masse)– Le signal est référencé par rapport à la masse d’un

système, comme la terre ou la masse d’un bâtiment– Exemples : alimentations, générateurs de signaux,

tout ce qui se connecte à un prise murale reliée à la terre d’un bâtiment, instruments avec sorties non-isolées, etc.

§ Signal non-référencé (flottant)– Le signal n’est pas connecté à une référence absolue

ou à la masse d’un système– Exemples : multimètre numériques, instruments à

pile, thermocouples, transformateurs, etc.

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§ DIFFÉRENTIEL (le meilleur)– Rejète les erreurs de mise à la terre (boucles de masse) et le bruit

capté dans l’environnement (en partie)– Nécessite 2 voies (une borne + et une borne -)

§ RSE (Referenced Single-Ended, pas recommandé)– Mode asymétrique référencé, mesures effectuées par rapport à une

masse commune

§ NRSE (Non-Referenced Single-Ended, bon)– Mode asymétrique non-référencé, mesures effectuées par rapport à

une référence commune non reliée à la masse du système

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CONNEXIONS DES ENTRÉES ANALOGIQUESTYPES DE MISE À LA MASSE

§ La mise à la terre dépend de la nature du signal, de son amplitude, de la longueur des fils de connexion, de l’environnement de mesure, etc.

§ Les configurations asymétriques offrent deux fois plus de voies de mesure qu’en différentiel, mais leur utilisation n’est justifiée que si l’erreur de mesure est inférieure à la précision voulue. Par exemple :– Les signaux d’entrée sont élevés (> 1 V)– Les fils reliant la source du signal au matériel d’entrée sont courts

(< 3 m), traversent un environnement non bruyant et sont correctement protégés

– Tous le signaux d’entrée partagent une référence commune

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CONNEXIONS DES ENTRÉES ANALOGIQUESRÈGLES « GÉNÉRALES »

CARTE D’ACQUISITION NI PCI-6221

§ Carte multi-fonction (lecture et écriture de signaux)

§ Entrées analogiques :– 8 diff./16 asym.– 250 kéch./s (1 voie)– 16 bits de résolution– ± 10 V, ± 5 V, ± 1 V, ± 0.2 V

§ Sorties analogiques :– 2 voies– 833 kéch./s (1 voie)– 16 bits de résolution– ± 10 V

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Carte utilisée pour les laboratoire au C307.14

(cf. spécifications sur Moodle)

NI-DAQMX

§ Les plus récents drivers de NI pour les instruments

§ Comprend une bibliothèque exhaustive de VIs, fonctions et outils de développement pour le contrôle des périphériques de mesure

§ MAX : Measurement & Automation Explorer – Environnement de configuration centralisé qui

permet de configurer les périphériques NI sans avoir recours au protocole de programmation des instruments

– L'Assistant DAQ permet de configurer des voies et des tâches de mesure pour un périphérique en vue de l’utiliser dans LabVIEW

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MAXMEASUREMENT & AUTOMATION EXPLORER

§ Affiche la liste des périphériques et des instruments connectés au système

§ Permet d’exécuter des tests pour vérifier le bon fonctionnement des périphériques connectés

§ Permet de configurer du matériel

§ Permet de créer et modifier des voies, des tâches, des interfaces, des échelles, etc.

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MAXMEASUREMENT & AUTOMATION EXPLORER

§ Accessible dans le répertoire d’installation de NI sans avoir besoin de lancer LabVIEW

§ Accessible à partir de LabVIEW dans le menu Tools

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MAXPÉRIPHÉRIQUE SIMULÉ

§ Réplique logicielle d’un périphérique DAQmx servant à contrôler une fonction ou un programme sans matériel

§ Se comporte de la même façon qu’un périphérique physique. Son driver est chargé et les programmes l’utilisant peuvent être vérifiés de manière exhaustive

§ Les signaux provenant du périphérique simulé sont des sinusoïdes pleine échelle agrémentées d’un bruit ~ 5 %

§ Une fois le VI réalisé, il est possible de remplacer le périphérique simulé dans MAX par un périphérique réel sans modifier le code

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MAXPÉRIPHÉRIQUE SIMULÉ DE LA CARTE PCI 6221

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2- Créer un périphérique simulé

3- Choisir la carted’acquisition

1- Clic-droit sur « Périphériques et interface »

§ Le nouveau périphérique apparait dans la liste des instruments détectés

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MAXPÉRIPHÉRIQUE SIMULÉ DE LA CARTE PCI 6221

Première vérification du bon fonctionnement de

la carte d’acquisition

ACQUISITION DE DONNÉES AVEC LABVIEW

§ Le DAQ Assistant permet de :– mesurer ou générer un signal– choisir le nombre de voies (canaux) et leurs

propriétés– configurer la fréquence d’échantillonnage, le nombre

d’échantillons, le déclenchement et d’autres propriétés particulières à l’instrument

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DAQ ASSISTANTENTRÉE ANALOGIQUE EN TENSION

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1- Choisir le type de signal en entrée

2- Choisir le (les) numéro(s)de voie

Dev : deviceai : analog input

DAQ ASSISTANTENTRÉE ANALOGIQUE EN TENSION

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Configurer les paramètres de l’acquisition

Ajouter/supprimer/redéfinir des voies

Tester les voies

EXERCICE N° 12ACQUISITION D’UN SIGNAL

§ Configurer un DAQ Assistant pour lire un signal analogique sur une ou plusieurs voies d’un périphérique simulé de la carte d’acquisition PCI-6221

§ Insérer le DAQ Assistant dans une boucle WHILE et visualiser les données échantillonnées dans un graphique déroulant

§ Observer l’influence du type de cadencement :– 1 Sample (On Demand)– N Samples (par exemple 10 échantillons à 10 Hz)– Continuous Samples

§ Ouvrir un nouveau VI et créer un DAQ Assistant configuré avec « Continuous Samples ». Fermer la configuration du DAQ Assistant et observer ce qui se passe 22

DAQ ASSISTANTSORTIE ANALOGIQUE EN TENSION

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1- Choisir le type de signalen sortie

2- Choisir le (les) numéro(s)de voie

ao : analog output

DAQ ASSISTANTSORTIE ANALOGIQUE EN TENSION

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– Le DAQ Assistant configuré pour la génération d’un signal ne fait que convertir en tension un signal numérique spécifié en entrée

– Les paramètres de l’acquisition peuvent être définis soit dans le DAQ Assistant, soit par le signal d’entrée (à cocher suivant le cas)

§ Il existe principalement 2 façons de générer le signal d’entrée numérique :

DAQ ASSISTANTSORTIE ANALOGIQUE EN TENSION

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1- Utiliser un VI Express Simulate Signal

2- Utiliser une fonctionBasic Function Generator

EXERCICE N° 13GÉNÉRATION D’UN SIGNAL

§ Configurer un DAQ Assistant pour générer un signal analogique sur une voie d’un périphérique simulé de la carte d’acquisition PCI-6221

§ Connecter une fonction Basic Function Generator pour construire le signal d’entrée numérique

§ Étudier les entrées possible de la fonction en cliquant droit « View As Icon » et les comparer aux entrées du VI Express Simulate Signal

§ Générer le signal suivant : 26

§ Définir le problème au complet avec le plus de détails possible

§ Développer l’algorithme (sans faire directement référence au langage de programmation LabVIEW)

§ Diviser le diagramme en sous-VI– Une planification est nécessaire pour créer une hiérarchie logique– Dans la face-avant des sous-VI, placer les commandes à gauche et les

indicateurs à droite– Tester chaque sous-VI indépendamment du programme complet

§ Tester le programme complet– Avec une simulation de la carte d’acquisition de données (instrument

DAQmx simulé)– Avec la carte d’acquisition et le montage réel

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CONSEILS POUR LA CONCEPTION DES VI