Universidade de São Paulo

Apresentação em tema: "Universidade de São Paulo"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade de São Paulo
Escola Politécnica Universidade de São Paulo PSI – Práticas de Eletricidade e Eletrônica 2 Agosto / 2008

2 Instrumentação Virtual
João Kogler ………..PSI / EPUSP

3 Agenda O que é a Instrumentação Virtual
Como surgiu a Instrumentação Virtual O LabVIEW e a Instrumentação Virtual Como se usa o LabVIEW

4 Instrumentação  Instrumento de medição
Medida (valor numérico) Grandeza Física Instrumento de Medição

5 Instrumentação  Instrumento de medição
Exemplo Calor, Aquecimento, Energia Térmica Temperatura Termômetro

6 Instrumentação  Instrumento de medição
Exemplo Calor, Aquecimento, Energia Térmica Termômetro Temperatura Converte aquecimento em dilatação Transdução

7 Instrumentos de Medição Eletrônicos
Baseiam-se na medida e transformação de grandezas elétricas  Tensões, Correntes Valem-se de sensores  Transformam uma grandeza não-elétrica em elétrica Condicionamento /amplificador exemplo display termopar

8 Instrumentos de Medição Analógicos x Digitais
Condicionamento /amplificador analógico display termopar display Condicionamento /amplificador digital Conversor A/D display numérico termopar

9 Instrumentos de Medição
Fornecem medidas de variáveis e parâmetros físicos Sensores: Termopares Extensômetros (strain gages), sensores de pressão Acelerômetros, Velocímetros, Sensores de Deslocamento Sensores fluidodinâmicos Células de carga, Torquímetros Sensores químicos e biológicos Sensores ópticos Sensores eletrodinâmicos

10 Instrumentação  Instrumento de atuação
Grandeza Física Dado de controle (valor numérico) Instrumento de Atuação

11 Instrumentação  Instrumento de atuação
Exemplo Energia Elétrica Motor + Driver Movimento

12 Instrumentos de Atuação
Exercem controle sobre variáveis e parâmetros físicos Efetores ou atuadores: Aquecedores, resfriadores Motores Dosadores Robôs, posicionadores Cápsulas eletrodinâmicas, atuadores eletrodinâmicos Atuadores pneumáticos e hidráulicos Micro-atuadores

13 Instrumentação via computador digital
instrumentos experimento

14 Instrumentação via computador digital
instrumentos Barramento de comunicação computador experimento

15 Comunicação entre computador e instrumento
General Purpose Interface Bus Computador Barramento GPIB Osciloscópio Instrumentos Frequencímetro Multímetro

16 Interface gráfica de controle dos instrumentos
Computador Barramento GPIB Osciloscópio Instrumentos Frequencímetro Multímetro

17 Instrumento Virtual – Tipo 1
Eletrônica de instrumentação Interface gráfica de controle Programa implementando os algoritmos de comunicação e análise

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19 Instrumentação Virtual
Tipo 1 - Computador comunicando com instrumentos remotos e acrescentando novas funcionalidades ao sistema de instrumentação Tipo 2 - Computador com hardware de aquisição de sinais realizando o papel de um instrumento

20 Instrumentos Equipamentos de Medição
Exemplo: Osciloscópio

21 Instrumentos Equipamentos de Medição

22 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical

23 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz.

24 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Varredura / Excitação do TRC

25 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Interface de Operação sinal

26 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Interface de Operação sinal

27 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Interface de Operação sinal

28 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Interface de Operação sinal

29 Instrumentos Equipamentos de Medição
Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Interface de Operação sinal

30 Instrumentos Equipamentos de Medição
Varredura / Excitação do TRC Amplificador / Atenuador Vertical Oscilador / Base de Tempo Horiz. Painel Frontal Interface de Operação sinal

31 Instrumentos Equipamentos de Medição
Varredura / Excitação do TRC Oscilador / Base de Tempo Horiz. Painel Frontal Amplificador / Atenuador Vertical Interface de Operação sinal

32 Instrumentos Equipamentos de Medição
Varredura / Excitação do TRC Oscilador / Base de Tempo Horiz. Painel Frontal Amplificador / Atenuador Vertical Interface de Operação sinal

33 Instrumentos Equipamentos de Medição
Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Oscilador / Base de Tempo Horiz. Painel Frontal Amplificador / Atenuador Vertical Interface de Operação sinal

34 Instrumentos Equipamentos de Medição
Interface de Operação = Interface Gráfica de Usuário ( GUI ) Varredura / Excitação do TRC Painel Frontal Oscilador / Base de Tempo Horiz. Amplificador / Atenuador Vertical Interface de Operação sinal

35 Instrumentação Virtual – Tipo 2
O computador implementa o instrumento

36 Instrumentação Virtual – Tipo 2

37 Instrumentação Virtual – Tipo 2
Condicionamento do Sinal

38 Instrumentação Virtual – Tipo 2
Sensores

39 Valores numéricos na memória Processamento do Sinal
Aquisição do Sinal amostragem Amostras digitalização sinal Valores numéricos na memória Processamento do Sinal filtragem digital estimação interpolação

40 Exemplo – Medição e Análise

41 Exemplo – Medição e Análise
extensömetros (strain gages)

42 Exemplo: Teste

43 Exemplo – Teste

44 Exemplo – Teste

45 Instrumentação e Controle
Instrumento de medição  Sensor Monitora uma variável Instrumento de atuação  Efetor Controla uma variável atuação v g f e T Td medição

46 Exemplo - Simulação e Prototipação

47 Exemplo – Simulação e Prototipação

48 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

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50 Painel Frontal controles indicadores

51 Diagrama de Blocos Estruturas de controle conectores

52 Ambiente de Desenvolvimento
Linguagem gráfica de programação Maior eficiência Mais rápido de se desenvolver Melhor retenção da estrutura Melhor visão de conjunto Visão clara das dependências entre processos e dados Orientação ao fluxo de dados fica explícita Independência entre threads fica explícita Separação da GUI (Interface Gráfica de Usuário) e dos algoritmos

53 Separação entre a GUI e o algoritmo

54 Interfaces Gráficas de Usuário - Automação

55 Linguagem de Programação Gráfica – G Exemplo:
Construir um programa que Crie um vetor com 100 elementos Preenchido com dados aleatórios Acha o maior valor contido nesse vetor

56 O programa escrito em G ( LabVIEW )

57 O mesmo programa em linguagem C
#include <stdio.h> #include <math.h> main( ) { double num[100], max; int i; // Preenche vetor com números aleatórios printf("O vetor de numeros aleatorios:\n\n"); for(i=0; i<100, i++){ num[i]=(double) rand( ) ; printf("%f\n", num[i]); } // Acha o valor máximo contido no vetor max=0; if(num[i] > max) max = num[i]; printf("\nValor Maximo: %f\n", max); O mesmo programa em linguagem C

58 #include <stdio.h>
#include <math.h> main( ) { double num[100], max; int i; // Preenche vetor com números aleatórios printf("O vetor de numeros aleatorios:\n\n"); for(i=0; i<100, i++){ num[i]=(double) rand( ) ; printf("%f\n", num[i]); } // Acha o valor máximo contido no vetor max=0; if(num[i] > max) max = num[i]; printf("\nValor Maximo: %f\n", max);

59 Evolução da Abstração de Software
Plataforma para Projeto de Sistemas C# C++ C Abstração Linguagem Assembly Código de Máquina Complexidade do Sistema

60 As Linguagens de Programação são usadas há mais de 50 anos
FORTRAN (1954) BASIC (1963) Pascal (1968) Smalltalk (1970) C (1971) E o LabVIEW?

61 Criador do LabVIEW Jeff Kodosky

62 LabVIEW

63 Parte prática – Exercícios com LabVIEW
João Kogler 2008

64 Exemplo simples: Criar as variáveis de entrada A e B e a de saída C posiocionando controles e indicador numéricos no painel frontal No diagrama de blocos aparecem os respectivos conectores Realizar a adição A + B produzindo saída em C

65 Continuação: Substituir a variável B no diagrama de blocos por uma função de biblioteca que gera números aleatórios uniformemente distribuídos no intervalo [0,1]

66 Continuação: Para repetir o cálculo constantemente, colocar o laço de while no diagrama de blocos. Note que o botão de execução mudou para uma flecha quebrada, indicando erros. Clicando-se nele, abre um pop-up com a indicação dos erros No caso o erro é a falta da condição de parada do while

67 Continuação: Erro resolvido, colocando-se o botão de stop Acrescentada a função Wait que permite a diminuição da velocidade do laço, introduzindo um tempo de espera (no caso especificado como 500 ms)

68 Continuação: Acrescentada saída gráfica em tempo de execução

69 Continuação: Como ilustração, a condição de parada do loop que era stop if true foi trocada para continue if true Neste caso o laço while executa apenas uma iteração

70 Continuação: Filtragem de média móvel: Supondo que o resultado da adição seja um sinal ruidoso, realizar sua filtragem fazendo-se a média aritmética dos valores de saída, em tempo de execução

71 Continuação: Exibição dos valores não filtrados (pontos vermelhos) e filtrados (curva verde) em um único gráfico

72 Continuação: Idem, porém substituindo os blocos por texto, a título de ilustração de outra opção de programação

73 Continuação

74 Continuação: Criação de sub-vi  todo o trecho do programa foi substituído por um sub-vi criado a partir desse trecho (selecionado com o mouse)

75 Array Array Continuação:
Cálculo do histograma usando um sub-vi da biblioteca de funções matemáticas do LabVIEW – no caso um Express VI O display do histograma é feito através de outro tipo de gráfico (waveform graph)

76 While For Continuação: Cálculo do valor médio do array de saída através de um laço For

77 Novo exemplo: Etapa 1 da criação de um jogo tipo Mine Sweeper modificado Exemplos de arrays booleanos (array de controles –chaves e array de indicadores – LEDs )

78 Continuação: Regras do Jogo  2 arrays de LEDs – um deles é implementado como controle (apostas) e o outro como indicador (resultados) As jogadas são feitas no array Apostas O diagrama mostra a inicialização desses arrays O array resultados é inicializado com as posições das minas (não é mostrado para o jogador)

79 Continuação: No caso anterior o valor 0.5 indicava o ponto médio do intervalo de valores aleatórios Neste caso o valor 0.5 foi substotuido por um controle que permite escolher o grau de dificuldade do jogo (de 0 a 10)

80 Máquina de estados do jogo
Corresponde ao mecanismo de transição de estados que segue as seguintes regras do jogo: O jogo começa no estado de novo jogo (NOVO) Em NOVO o jogador pode escolher o nivel de dificuldade Escolhido o nivel de dificuldade, ele aperta o botão NOVO Ao apertar o botão 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 não, continua em JOGA, permitindo nova jogada Se sim, encerra o jogo, mostrando o conteúdo do array resultados e vai para um novo estado, chamado PERDEU Se o jogador escolher NOVO, retorna ao estado NOVO, do início; A outra opção é o jogador escolher PARA, que vai para o estado PARA e termina a sessão de jogos.

81 Diagrama de estados JOGA 1 2 PERDEU PARA 3 4 NOVO

82 Exemplo de máquina de estados:
Cada estado corresponde a um botão Pressionando-se o botão, ela vai para aquele estado Neste exemplo, a máquina muda de estado ao pressionar o botão, mas volta ao estado inicial (default)

83 Continuação: Neste exemplo, foi inserido o mecanismo para fazer a transição de estados somente se ocorrer mudança

84 Continuação: Voltando ao jogo – como fica com a máquina de estados

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