1

Analiza i zapis sygnału

Przybliżony czas ćwiczenia

Poniższe ćwiczenie ukończysz w czasie 45 minut.

Wstęp

LabVIEW wyposażony jest w zbiór bloczków wspomagających analizę sygnałów. To ćwiczenie

nauczy cię w jaki sposób możesz wykorzystać LabVIEW do prostej analizy sygnału oraz jak

zapisać uzyskane dane do pliku.

Przegląd ćwiczenia

W poniższym ćwiczeniu, stworzysz wirtualne narzędzie generujące sygnał, filtrującego,

wskazujące przekroczenie przez sygnał zadanego limitu oraz rejestrujące dane.

2

Gotowe ćwiczenie

3

Krok po kroku

1. Modyfikacja szablonu VI na własne potrzeby

Wykonaj poniższe kroki, aby stworzyć VI generujący, analizujący oraz wyświetlający sygnał:

a.

W oknie Getting Started kliknij More…

b.

Z listy Create New, wybierz VI ›› From

Template ›› Tutorial (Getting Started) ››

Generate, Analyze, and Display. Szablon

ten generuje sygnał i analizuje jego

wartość skuteczną (RMS – Root Mean

Square).

c.

Kliknij OK, lub po prostu kliknij

dwukrotnie na wybranej pozycji z listy.

d.

Wciśnij <Ctrl+H>, aby wyświetlić okno pomocy podręcznej.

e.

Przejdź do okna diagramu blokowego wciskając kombinację

<Ctrl+E>.

f.

Kiedy nakierujesz kursor na bloczek Amplitude and Level

Measurements, pomoc podręczna wyświetli przydatne

informacje. Nie zamykaj okna pomocy, będzie ono użyteczne

w dalszej części ćwiczenia.

g.

Usuń wskaźnik RMS, nie będzie on potrzebny w tym

ćwiczeniu. Usuń także połączenia, które zostały

przerwane po usunięciu wskaźnika. Żeby to uczynić,

wciśnij kombinację <Ctrl+B>.

4

h.

W oknie panelu przedniego kliknij prawym przyciskiem myszy w wyświetlacz

graficzny (Waveform Graph) i wybierz Properties, aby zmienić właściwości obiektu.

i.

W zakładce Appearance, zaznacz Visible, a w

polu tekstowym wpisz Unfiltered Signal.

j.

Wciśnij OK, aby zapisać zmiany i zamknąć okno.

k.

Uruchom VI. Sygnał pojawi się na wykresie.

l.

Wciśnij przycisk STOP, aby zatrzymać VI.

2. Tworzenie dodatkowego sygnału

Bloczek Simulate Signal generuje domyślnie sygnał sinusoidalny. Aby zmienić własności

sygnału możesz kliknąć prawym przyciskiem myszy w bloczek i wybrać Properties. Wykonaj

poniższe kroki, aby wygenerować dodatkowy sygnał, dodający szum biały do sygnału

sinusoidalnego.

a.

W oknie diagramu blokowego kliknij w bloczek Simulate Signal.

Wciśnij i przytrzymaj klawisz <Ctrl>. Trzymając <Ctrl> przeciągnij

bloczek Simulate Signal. Bloczek zostanie skopiowany w miejsce,

gdzie został zwolniony przycisk myszy. LabVIEW automatycznie

nazwie nowy bloczek Simulate Signal2.

b.

Kliknij dwukrotnie w nowo powstały bloczek, aby wyświetlić

właściwości bloczku.

c.

Z listy Signal Type wybierz Sine, aby generowany sygnał był

sinusoidą.

d.

Zmień wartość wartość częstotliwości (Frequency) na 60Hz.

e.

Wprowadź wartość amplitudy równą 0.1.

5

f.

Zaznacz Add Noise, aby dodać szum.

g.

Z listy Noise type wybierz Uniform White Noise.

h.

Wprowadź wartość amplitudy szumu równą 0.1 w polu Noise Amplitude.

i.

Wprowadź wartość -1 w polu Seed number.

j.

W sekcji Timing wybierz opcję Run as fast as possible.

k.

W sekcji Signal Name odznacz opcję Use Signal type name.

l.

W polu Signal Name wpisz 60Hz and Noise. Po zmianie tej

nazwy zmieni się również nazwa wyjścia na bloczku.

Zmiana nazwy sygnału ułatwia późniejsze rozpoznanie sygnału łącząc schemat na

diagramie blokowym.

m.

Wciśnij przycisk OK, aby zapisać zmiany.

6

3. Dodawanie dwóch sygnałów

Aby scalić dwa sygnały tworząc z nich jeden, możesz użyć bloczku Formula. W

przeciwieństwie do bloczku Merge Signals, pozwalającego wyświetlić dwa sygnały na jednym

wykresie, bloczek Formula pozwala dodać do siebie dwa sygnały dając w wyniku jeden

sygnał stanowiący ich sumę. Możesz użyć tego bloczka, by dodać szum do sygnału

sinusoidalnego. Wykonaj poniższe kroki, aby tego dokonać:

a.

Kliknij trzykrotnie lewy przycisk myszy na

połączeniu pomiędzy wyjściem Sine i wejściem

Signals. Usuń połączenia wciskając <Delete>.

b.

Kliknij przycisk Search w oknie Functions, aby

wyszukać bloczek Formula.

c.

Umieść bloczek na diagramie pomiędzy bloczkami Simulate

Signal oraz Amplitude and Level Measurements.

Po umieszczeniu bloczka na diagramie, pojawi się okno,

w którym możemy wpisać odpowiednie wyrażenie.

W kolumnie Label zmień etykietę dla X1 na Sine, a dla X2

na 60Hz and Noise. Zauważ, że bloczek automatycznie

wpisze do wyrażenia pierwsze wejście – Sine.

d.

Wciśnij przycisk + a następnie X2, aby dodać do

siebie sygnały Sine i 60Hz and Noise.

e.

Wciśnij przycisk OK, aby zapisać zmiany i zamknąć

okno formuły.

7

f.

Połącz wyjście Sine na bloczku Simulate Signal z wejściem Sine na bloczku Formula.

g.

Połącz wyjście 60Hz and Noise

na bloczku Simulate Signal2 z

wejściem 60Hz and Noise na

bloczku Formula.

h.

Połącz wyjście Result na bloczku

Formula ze wskaźnikiem

Unfiltered Signal oraz z wejściem

Signals bloczku Amplitude and

Level Measurements.

i.

Wyświetl panel przedni wciskając

kombinację <Ctrl+E>.

j.

Uruchom VI. Na wykresie pojawi się

suma sygnałów.

k.

Wciśnij przycisk STOP, aby zatrzymać

działanie VI.

l.

Wybierz File ›› Save As i zapisz plik.

4. Filtrowanie sygnału.

Aby przepuścić sygnał przez filtry, należy użyć bloczku Filter. Wykonaj poniższe kroki, aby

użyć filtra odpowiedzi impulsowej (IIR – Infinite Impulse Response):

a.

Usuń połączenie pomiędzy wyjściem Result na bloczku Formula i wejściem Signals na

bloczku Amplitude and Level Measurements.

b.

Usuń przerwane połączenia.

8

c.

Wyszukaj bloczku Filter i umieść go na

diagramie blokowym pomiędzy

generatorem Simulate Signal2 oraz

bloczkiem Amplitude and Level

Measurements. Pojawi się okno

konfiguracji nowego bloczku.

d.

W sekcji Filter Specifications zmień wartość Cutoff

Frequency na 25Hz.

e.

Wciśnij OK, aby zapisać zmiany.

f.

Przejdź do okna panelu przedniego.

g.

Kliknij w wyświetlacz nazwany

wcześniej Unfiltered Signal.

Trzymając <Ctrl> przeciągnij

niżej wyświetlacz. Spowoduje

to stworzenie dodatkowego

wyświetlacza graficznego.

h.

Umieść stworzony wyświetlacz

poniżej pierwszego.

i.

Kliknij potrójnie w nazwę

Unfiltered Signal 2, aby

zmienić tytuł wyświetlacza.

Nazwij go Filtered Signal.

j.

Na diagramie blokowym połącz wyjście Result na bloczku Formula, z wejściem Signal

na bloczku Filter oraz z wejściem wyświetlacza oznaczonego Unfiltered Signal.

9

k.

Połącz wyjście Filtered Signal na

bloczku Filter z wejściem Signals na

bloczku Amplitude and Level

Measurements oraz do wyświetlacza

oznaczonego Filtered Signal.

l.

Zapisz plik <Ctrl+S>.

5. Zmiana wyglądu wyświetlaczy.

Klikając prawym przyciskiem myszy na wyświetlacz i wybierając Properties, w zakładce

Display Format możemy zmienić sposób wyświetlania osi X i Y. Wykonaj poniższe kroki, aby

zmienić format stworzonych wyświetlaczy:

a.

W oknie panelu przedniego, kliknij

prawym przyciskiem myszy w wyświetlacz

niefiltrowanego sygnału (Unfiltered

Signal). Wybierz z menu Properties.

b.

W zakładce Display Format, wybierz z

rozwijanego menu Time (X-Axis).

c.

Wybierz Default editing mode.

d.

Z listy Type wybierz Automatic formatting.

e.

W polu Digits wpisz 6 i wybierz Significant digits z listy Precision Type.

f.

Zaznacz opcję

Hide trilling

zeros.

10

g.

Z rozwijanego menu wybierz tym razem Amplitude (Y-Axis).

h.

Powtórz kroki od c. do f.

i.

W zakładce Scales wybierz

Amplitude (Y-Axis).

j.

Odznacz pole Autoscale.

k.

Wprowadź wartość -2.5 do pola

Minimum, oraz 2.5 do pola

Maximum.

l.

Wciśnij OK, aby zapisać zmiany.

m.

Powtórz kroki od a. do l. we właściwościach wyświetlacza Filtered Signal.

6. Analiza amplitudy sygnału

Możesz użyć bloczku Amplitude and Level Measurements do analizy charakterystyki

napięciowej sygnału.

a.

Kliknij dwukrotnie w bloczek Amplitude and Level Measurements na diagramie

blokowym.

b.

Odznacz pole RMS.

c.

Zaznacz pole Peak to peak. Peak to

peak pojawi się na liście Results z

wyświetloną aktualnie zmierzoną

wartością.

d.

Wciśnij OK, aby zapisać zmiany. Wyjście z bloczku zmieniło nazwę z RMS na Peak to

peak.

11

7. Szybkość działania VI

Aby spowolnić wyświetlanie sygnału na wykresie, możesz dodać bloczek Time Delay.

Wykonaj poniższe kroki, aby umożliwić kontrolę czasu, w którym będzie miała miejsce

pojedyncza iteracja pętli:

a.

Znajdź bloczek Time Delay.

b.

Umieść go lewym dolnym rogu pętli. Pojawi

się okno konfiguracji.

c.

Wprowadź wartość 0.1 sekundy i wciśnij

przycisk OK.

d.

Uruchom VI. W ciągu sekundy program

wykona 10 iteracji.

8. Dodanie kontrolki ostrzegającej.

Czasem możesz potrzebować widocznego wskaźnika przekroczenia wyznaczonej granicy

wartości. Możesz do tego użyć diody LED:

a.

W okienku Controls na panelu przednim wybierz

kategorię LEDs.

b.

Jeżeli panel Controls nie jest widoczny, kliknij

prawym przyciskiem myszy w puste miejsce.

c.

Wybierz diodę Round LED i umieść ją po lewej stronie

wyświetlaczy na panelu przednim.

d.

Kliknij podwójnie na nazwie Boolean i wprowadź nową: Warning Light. Wykorzystasz

tą diodę w dalszej części ćwiczenia.

e.

Wybierz File ›› Save As.

12

f.

Przeglądnij dostępne opcje zapisu. Wybierz

Substitute copy for original w sekcji Copy.

Stworzysz tym samym kopię bieżacego

projektu i jednocześnie rozpocząć pracę

nad kopią.

g.

Wciśnij przycisk Continue, zapisz nowe VI

jako Warning Light.vi

9. Ustalanie progu alarmowania

Aby ustalić wartość progu, dla którego zapalać się będzie dioda ostrzegawcza, możesz użyć

bloczku Comparison. Wykonaj poniższe kroki, aby porównać wartość amplitudy z zadanym

limitem:

a.

Znajdź bloczek Comparison i umieść go po

prawej stronie bloczku Amplitude and Level

Measurements. Otworzy się okno konfiguracji

bloczku.

b.

W sekcji Compare Condition

wybierz opcję > Greater.

c.

W sekcji Comparison Inputs zaznacz

opcję Value i wprowadź wartość 2.

Jest to próg, powyżej którego

zapalać się będzie dioda.

d.

Wciśnij przycisk OK, aby zapisać

zmiany.

Nazwa bloczku zmienia się wraz z funkcją jaką pełni bloczek. W tym przypadku bloczek

powinien zmienić nazwę na Greater.

13

e.

Połącz ze sobą wyjście Peak to Peak znajdujące się na bloczku Amplitude and Level

Measurements, z wejściem Operand 1 na nowym bloczku Greater.

f.

Kliknij prawym przyciskiem myszy na nowo

stworzonym połączeniu i wybierz Create ››

Numeric Indicator. Pojawi się nowy

wskaźnik numeryczny – Peak to Peak.

Wskaźnik Peak to Peak pojawi się na połączeniu pomiędzy bloczkami. Przesuń go w

puste miejsce, aby diagram blokowy stał się bardziej czytelny.

10. Ostrzeganie

Po ustaleniu wartości, powyżej której VI zapali diodę, musisz połączyć ją z bloczkiem Greater.

Wykonaj poniższe kroki, aby VI alarmowało diodą przekroczenie wyznaczonej wartości:

a.

W oknie diagramu blokowego przesuń wskaźnik

Warning Light na prawo od bloczku Greater.

Upewnij się, że wskaźnik nadal znajduje się w

pętli.

b.

Połącz wyjście Result z wejściem Warning Light.

c.

Na panelu przednim jest widoczny wskaźnik numeryczny Peak to Peak. Został on

dodany automatycznie w czasie wykonywania punktu 9. i wyświetlać będzie wartości

wyjścia Peak to Peak.

d.

Uruchom VI. Kiedy wartość Peak to Peak będzie większa od ustalonego progu

równego 2, lampka ostrzegawcza zapali się.

e.

Wciśnij przycisk STOP, aby zakończyć działanie VI.

14

11. Zapis danych do pliku - konfiguracja

Dane, które generuje VI możesz magazynować w pliku. Możesz do tego użyć bloczku Write

To Measurement File. Wykonaj poniższe kroki, aby zapisać wartości Peak to Peak i inne

dane do pliku:

a.

Wyszukaj bloczek Write to Measurement i

umieść go na diagramie blokowym na

dole, z prawej strony bloczku Amplitude

and Level Measurements. Pojawi się okno

konfiguracji bloczku.

b.

Pole File Name pojawi się z pełną

ścieżką dostępu do pliku wyjściowego –

test.lvm

. Skorzystaj z przycisku po

prawej z ikoną katalogu, aby wybrać

nową ścieżkę zapisu pliku. Zapisz go na

pulpicie pod tą samą nazwą – test.lvm

Plik z rozszerzeniem .lvm możesz otworzyć korzystając z arkuszy kalkulacyjnych lub

edytorów tekstowych. Składa się on z kolumn zawierających wybrane dane.

Dane w pliku .lvm są zapisywane z dokładnością sześciu miejsc po przecinku.

c.

W sekcji If a file already exists (w oknie konfiguracji

bloczku) zaznacz Append to file. Kiedy wybrany

przez nas plik już istnieje, dane będą do niego

zapisywane nie usuwając tym samym poprzednio

zapisanych danych.

15

d.

W sekcji Segment Headers wybierz opcję One header

Only. Wybór tej opcji pozwoli stworzyć LabVIEW

tylko jeden nagłówek w pliku z danymi.

e.

W polu File Description wprowadź opis: Sample

of peak to peak values.

f.

Wciśnij przycisk OK, aby zapisać zmiany.

LabVIEW

umieści w nagłówku pliku wyjściowego opis wprowadzony w polu File

Description.

12. Zapis danych

Wykonaj poniższe kroki, aby LabVIEW zapisał dane do zdefiniowanego pliku:

a.

W oknie diagramu blokowego połącz wyjście Peak to Peak znajdujące się na bloczku

Amplitude and Level Measurements z wejściem Signals na bloczku Write to

Measurement File.

b.

Wybierz File ›› Save As i zapisz VI pod nazwą Save Data.vi

c.

Przejdź do panelu przedniego i uruchom VI.

d.

Wciśnij przycisk STOP.

e.

Otwórz plik test.lvm, znajdujący się na pulpicie, przy pomocy arkusza kalkulacyjnego,

lub edytora tekstowego. Początek pliku zawiera nagłówek z informacjami o projekcie.

f.

Zamknij plik test.lvm kiedy już przeglądniesz jego zawartość.

16

13. Dodanie przycisku który po wciśnięciu zapisuje dane

Jeśli nie chcesz zapisywać wszystkich wartości, a tylko wybrane, możesz stworzyć przycisk, po

naciśnięciu którego tylko wtedy będą zapisywane dane. Wykonaj poniższe kroki, aby

stworzyć tak funkcjonujący przycisk.

a.

Znajdź przycisk Rocker i umieść go z prawej strony

panelu przedniego.

b.

Kliknij na nim prawym przyciskiem myszy i wybierz

z menu Properties, aby wyświetlić jego

właściwości.

c.

Zmień nazwę z Boolean na Write to File.

d.

W zakładce Operation wybierz Latch when

pressed z listy Button behavior.

e.

Wciśnij przycisk OK, aby zapisać zmiany.

f.

Zapisz VI.

W zakładce Operation możesz ustawić, w jaki sposób ma reagować przycisk po

naciśnięciu. Aby sprawdzić różne opcje, wypróbuj podgląd przycisku w sekcji Preview

Selected Behavior.

17

14. Zapis danych na polecenie użytkownika.

Wykonaj poniższe kroki, aby VI zapisywał wartość do pliku po kliknięciu przycisku na panelu

przednim:

a.

W oknie diagramu blokowego kliknij podwójnie na bloczek Write To Measurement

File, aby wyświetlić jego właściwości.

b.

Zmień nazwę pliku, do którego będą zapisywane

dane na Selected Samples.lvm.

c.

Wciśnij przycisk OK, aby zapisać zmiany.

d.

Kliknij prawym przyciskiem myszy na wejście

Signals w bloczku Write To Measurement File i

wybierz z listy Insert Input/Output. Dodasz w ten

sposób nowe wejście – Comment.

e.

Kliknij prawym przyciskiem myszy w nowe wejście Comment i

wybierz z menu Select Input/Output ›› Enable. W miejscu

Comment pojawi się wejście Enable.

Wejścia i wyjścia pojawiają się w zdefiniowanej kolejności. Żeby dodać wybrane

wejście/wyjście, możesz dodać nową pozycję wybierając Insert Input/Output, a

następnie zamienić go na wybrane z listy wybierając Select Input/Output z menu

kontekstowego.

f.

Przesuń bloczek przycisku Write to File na lewo od bloczku Write To Measurement

File.

g.

Połącz wyjście z przycisku Write to File do wejścia

Enable na bloczku Write to Measurement File.

18

15. Odczyt zapisanych danych

Wykonaj poniższe kroki, aby odczytać dane zapisane w pliku Selected Samples.lvm:

a.

Przejdź do okna panelu przedniego i uruchom VI. Wciśnij przycisk Write to File

kilkukrotnie.

b.

Wciśnij przycisk STOP.

c.

Otwórz plik Selected Samples.lvm przy pomocy arkusza kalkulacyjnego lub edytora

tekstu.

Do pliku Selected Samples.lvm zapisywane są dane jedynie po wciśnięciu przycisku

Write to File. W pliku test.lvm były zapisywane wszystkie dane.

d.

Zamknij plik.

e.

Zapisz projekt i wyjdź z VI.