Práctica 9 Gráficas, trazos, arreglos y grupos en LabVIEW

Transcripción

1 Práctica 9 Gráficas, trazos, arreglos y grupos en LabVIEW Objetivo de la práctica Al terminar esta práctica, el discente será capaz de: Conocer las diferencias entre una gráfica (graph) y un trazo (chart), conocer las tres maneras diferentes de actualización de las gráficas para presentación de información, comprender cómo generar un arreglo (array) comprender las diferencias entre un grupo (cluster) y un arreglo (array). Material: Computadora con LabVIEW Profesional versión 8.0 en adelante (preferentemente 8.6) Introducción En esta práctica se presentará información referente a la utilización de gráficas (graphs) y trazos (chart), sus similitudes y diferencias, así como determinar cuándo utilizar uno u otro. También se tratarán los arreglos (array) y los grupos (clusters), dos formas de agrupar información. Marco teórico En esta práctica se contemplarán las gráficas (Graphs) y los trazos (Charts), los cuales son indicadores pero no numéricos, sino gráficos. 1

2 Figura 1.- Indicador Chart para trazos Figura 2.- Indicador Graph para gráficos Los gráficos y trazos son similares en los indicadores, pero no en la forma de presentar la información. Los VIs con gráficos obtienen información y la estructuran en un arreglo, después presentan dicho gráfico con la información. Es parecido a una hoja de Excel, donde primero almacena la información y después presenta dicha información de manera gráfica. Los VIs con trazos agregan nuevos puntos de información a la gráfica presentada. En un trazo se observa la lectura o medición actual con respecto a la anterior. Los gráficos y trazos se encuentran como indicadores en el panel frontal dentro de los controles (Controls Modern Graph) e incluyen varios tipos de presentaciones gráficas: Waveform Chart y Graph.- Muestran información adquirida en un intervalo de tiempo constante. XY Graph.- Muestra información adquirida pero no en un intervalo de tiempo constante. Normalmente se adquiere cuando se activa dicha adquisición (parecido a una función de transferencia). 2

3 Intensity Chart y Graph.- Muestra información de tercera dimensión en un gráfico de dos dimensiones utilizando color para los valores de la tercera dimensión. Digital Waveform Graph.- Muestra información como pulsos o grupos de líneas digitales. Los anteriores indicadores gráficos son algunos de los que se encuentran en el submenú antes mencionado (para mayor información, utilizar la ayuda de LabVIEW). Además de visualizar la información en forma de gráficas, es posible cambiar la apariencia de los gráficos y trazos agregando o quitando opciones. Para esto es necesario presionar el botón derecho del ratón sobre los indicadores y escoger entre alguna de ellas en visible items: Figura 3.- Submenú de gráficos y trazos Plot Legend.- Define la presentación de la gráfica a presentar (color y estilo). Esta opción permite indicar las características de varias gráficas a la vez en la misma ventana. Scale Legend.- Define las etiquetas para las escalas y sus propiedades. Graph Palette.- Cambia la escala y el formato de presentación mientras el VI se ejecuta. X Scale y Y Scale.- Le da formato a los ejes X e Y. Cursor Legend (Gráfico).- Coloca un cursor en una coordenada. Es posible colocar múltiples cursores en un gráfico. 3

4 X Scrollbar (Trazo).- Coloca una barra deslizante para acceder a información que no se encuentre visible en ese momento (anterior). Otro punto a contemplar en la práctica son los arreglos (arrays), también conocidos como vectores. Un arreglo se compone de elementos y dimensiones. Los elementos son la información que contiene el arreglo. La dimensión es el tamaño del mismo, es decir, su longitud, altura y profundidad. Un arreglo puede ser numérico, booleano, de cadenas de caracteres, de información sobre señales y clusters. El utilizar arreglos se ejemplifica cuando se trabaja con información similar y cuando se realizan cálculos o procesos repetitivos. Los arreglos son ideales para almacenar información que se genera a partir de señales o información que proviene de ciclos, donde cada iteración produce un elemento del arreglo. Figura 4.- Arreglo de controles e indicadores numéricos Figura 5.- Arreglo de controles e indicadores Booleanos No es posible crear un arreglo de arreglos. Sin embargo, es posible crear un arreglo multidimensional o un arreglo de clusters, donde cada cluster contenga uno o más arreglos. Los arreglos cuentan con índices, los cuales sirven para ubicar algún punto en particular dentro del mismo. En LabVIEW, estos índices permiten colocarse en el arreglo y retomar elementos, filas, columnas, etcétera. Los arreglos son ordenados partiendo del cero, es decir, se cuenta con un rango de n-1. 4

5 Un ejemplo sobre arreglos es el crear una lista de asistencia para el grupo, donde la resultante será un arreglo de una dimensión (1D) de cadenas de caracteres. Se puede accesar a dichos elementos mediante el índice o directamente al seleccionar al estudiante directamente del elemento. Otro ejemplo es una señal representada como un arreglo numérico en donde cada elemento sucesivo es un valor para cada intervalo de tiempo. Los ejemplos anteriores son arreglos de una dimensión. Los arreglos de dos dimensiones almacenan elementos en una cuadrícula (similar a una matriz). Lo anterior porque requieren de un índice para filas y otro para columnas. Por ejemplo, un tablero de ajedrez cuenta con ocho columnas y ocho filas para un total de 64 localidades. Los arreglos pueden contener casi cualquier tipo de información, excepto: crear arreglos de arreglos. Es posible crear un arreglo multidimensional o utilizar la función Build Cluster Array para crear un arreglo de clusters donde cada cluster contenga uno o más arreglos; crear arreglos de gráficas que no tengan el formato XY, ya que una gráfica es un dato tipo arreglo y, como se estableció, un arreglo no puede contener otro arreglo. Es posible realizarlo si se encuentra en un cluster; crear un arreglo de trazos (por lo antes señalado). Clusters Un cluster es una estructura de datos que, como los arreglos, agrupa datos (la traducción para cluster es algo similar a grupo ). Sin embargo, los clusters y arreglos tienen diferencias importantes y una de ellas es que un cluster puede agrupar información de diferentes tipos de datos, el arreglo solo puede contar con solamente uno. Lo anterior es similar a un cable UTP, donde cada alambre del mismo representa un tipo de dato diferente (puede ser digital, analógico). 5

6 El cluster es similar al STRUCT de lenguaje tradicional, donde se puede agrupar diferentes tipos de datos en una sola estructura. Figura 6.- Clusters de controles e indicadores Agrupar varios tipos de elementos en clusters reduce la proliferación de cables en el diagrama a bloques y el número de terminales si se crea un subvi. Recuerde que para crear un ícono, solo puede tener acceso a (máximo) 28 terminales. Aunque los clusters y arreglos se ordenan automáticamente (asignan un valor en el índice), uno debe desagrupar todos los elementos para evitar tomar todos los datos al mismo tiempo. Una función que ayuda a realizar esto es Unbundle By Name (Functions Programming Clusters, Class & Variant) la cual genera un nombre para cada elemento dentro del grupo, para tener conocimiento de cuál es dicho elemento. Los clusters se ordenan de manera automática y no interesa la posición en la cual se encuentren. Lo que interesa es saber cuál elemento se colocó primero, ya que ese elemento tendrá asignado el índice cero, el segundo el 1, el tercero el 2, y así sucesivamente. Si algún elemento se eliminara, el orden se ajusta automáticamente. El orden determina cómo aparecerán los elementos en las funciones de agrupación o desagrupación en el diagrama a bloques. Es posible modificar el orden de manera manual colocando el cursor sobre el borde del cluster, presionar el botón derecho del ratón y seleccionar Reorder Controls In Cluster. 6

7 Es importante señalar que un cluster puede contener diferentes tipos de datos (numérico, booleano, carácter, etc.) pero solo debe contar con controles o indicadores, no debe contener ambos. Para poder conectar dos clusters, estos deben tener el mismo número de elementos. Los elementos correspondientes, determinados por el orden del cluster, deben ser compatibles en información. Suponga que se conecta un control numérico de doble precisión a un indicador booleano en el otro cluster. Si esto ocurre, deberá forzarlos a que sean de la misma representación. Se empezará a utilizar lo aprendido para crear un arreglo de una dimensión. Desarrollo 1) Abra un nuevo VI. 2) Genere el siguiente panel frontal (figura 7): Figura 7.- Arreglo de una dimensión a) Utilice la función array arreglos (Controls Modern Arrays, Matrix & Cluster) y colóquela sobre el panel frontal. b) Coloque un indicador numérico dentro del arreglo. 7

8 c) Ubique en la esquina inferior derecha del arreglo el cursor hasta que observe que el cursor cambia de presentación. Cuando esto suceda, arrastre hacia la derecha para producir los ocho elementos del panel frontal. Figura 8.- Creando más elementos del arreglo d) Coloque un indicador numérico como se muestra en la figura 7 para las iteraciones. 3) Genere el diagrama a bloques de la figura 9. Figura 9.- Diagrama a bloques de arreglo de una dimensión a) Coloque todo dentro de un ciclo FOR y asigne el valor de 7 repeticiones. b) Utilice la función wait (ms) y asigne una constante de 500. Esto para forzar a LabVIEW a esperar un tiempo en milisegundos antes de continuar (Functions Programming Timming). 8

9 4) Presione CTRL+t. Utilice el foco de Highlight execution para observar el comportamiento. Ejecute el VI. 5) Guarde el VI con el nombre de Arreglo de 1 dimensión. Es posible crear un arreglo de dimensiones mayores a uno. Para esto se utilizará el VI antes creado. 6) Utilice la función Save As y guarde el nuevo VI como Arreglo de 2 dimensiones a) Utilice la opción Copy Substitute copy for original y presione el botón Continue. 7) Genere el siguiente panel frontal. Figura 10.- Guardando VI Arreglo de 2 dimensiones 8) Coloque el cursor sobre el índice del arreglo y presione el botón derecho del ratón. Seleccione Add Dimension. 9

10 Figura 11.- Agregando una dimensión al arreglo 9) Realice el mismo procedimiento que en la parte 2c) para generar una nueva dimensión. En este caso agregarán cinco filas, generando un arreglo de 5x8 Figura 12.- Generando un arreglo de 5x8 10) Genere el siguiente diagrama a bloques. Figura 13.- Diagrama a bloques de arreglo de dos dimensiones 10

11 11) Seleccione el panel frontal. Ejecute el VI observando los indicadores numéricos (no utilice el foco highlight execution). 12) Cierre el VI. Al haber creado arreglos, se puede percatar de las posibles aplicaciones que se beneficiarán al utilizarlos. Ahora se utilizarán los clusters en LabVIEW para tener un punto de comparación y revisar sus posibles tareas. 13) Abra un nuevo VI. 14) Genere el siguiente panel frontal. Figura 14.- Creando Clusters a) Utilice la función cluster y genere cuadros lo suficientemente amplios para almacenar los controles e indicadores de la figura 14 (Controls Modern Arrays, Matrix & Cluster). b) Coloque los controles e indicadores dentro del cluster (recuerde que todos se encuentran en Controls Modern Numeric y Boolean. 15) Al tener todos los controles e indicadores en el cluster, seleccione el cluster y presione el botón derecho del ratón. Utilice la opción Autosizing Size to Fit. Hágalo para los dos clusters. 11

12 Figura 15.- Ajustando el contenido en clusters Para asegurar que los controles corresponden a los indicadores deseados se asignarán manualmente (si no se colocaron en el mismo orden en ambos). 16) Seleccione el cluster de controles y escoja la opción Reorder Controls In Cluster 17) Asigne los siguientes valores para los controles: 0 para el numérico, 1 para el booleano, 2 para el Dial, 3 para el Knob y, 4 para el Slide. Al iniciar la asignación, se presentará en la parte superior un mensaje click set to. Cuando se encuentre en cero, asigne al numérico, en uno al booleano y así sucesivamente hasta llegar al cuatro. Figura 16.- Asignando manualmente el orden en clusters 12

13 18) Repita lo anterior, pero ahora para los indicadores. 19) Presione Ctrl+E y conecte los clusters en el diagrama a bloques. 20) Regrese al panel frontal y utilice la opción Running Continuosly (dos flechas en círculo entre la flecha Run y el botón de abort) para ejecutar el VI. Utilice los controles y observe. 21) Guarde el VI como Clusters. 22) Utilizando el diagrama a bloques del VI, agregue los elementos sugeridos. Figura 17.- Separando elementos del cluster a) Utilice la función Unbundle By Name y Unbundle (Functions Programming Clusters, Class & Variant). Conecte las entradas de los elementos con el cluster de control. b) Una vez conectados, expanda la función Unbundle By Name utilizando el cursor hasta llegar al mensaje slide. c) Genere indicadores para slide en la función Unbundle By Name y TF en la función Unbundle. 23) Regrese al panel frontal y ejecute de manera continua el VI. Utilice solo el control booleano y el control deslizante. 13

14 24) Modifique el nombre del control booleano a interruptor en el panel frontal y observe lo que sucede en el diagrama a bloques. 25) Cierre el VI y guarde los cambios. Ahora que se ha comprendido y aplicado el uso de los arreglos y clusters en LabVIEW, se realizarán aplicaciones con estos elementos. 26) Abra un nuevo VI. 27) Genere el siguiente panel frontal. Figura 18.- Monitor de temperatura a) Utilice un trazo (Waveform Chart) para la pantalla gráfica. b) Modifique los valores máximos (90) y mínimos (70) del eje de las ordenadas presionando dos veces con el botón izquierdo del ratón sobre el valor. Haga lo mismo para todo el trazo (nombres, títulos, etcétera). 28) Genere el diagrama a bloques de este VI. 14

15 Figura 19.- Diagrama a bloques del monitor de temperatura a) Utilice un ciclo WHILE para la ejecución del VI. Recuerde cambiar el botón rojo de condición a continue if true. b) Seleccione el VI Simulación de temperatura (Functions Select a VI ) y conéctelo al indicador de trazos. 29) Ejecute el VI 5 veces con el interruptor apagado y observe el comportamiento (utilice la flecha sola o Ctrl+R). 30) Ahora ejecute pero con el interruptor encendido y observe. Detenga el VI con el interruptor. 31) Guarde el VI como Monitor de temperatura. Para evitar que la actualización de la temperatura en el trazo sea tan rápida y no se pueda ver con claridad, se tomarán muestras de la temperatura en intervalos de 100 milisegundos. La adquisición será más lenta. 32) Agregue dentro del ciclo WHILE, un reloj como en la parte 3b), solo que ahora la constante será de ) Ejecute el VI con el interruptor en encendido. Observe el comportamiento del panel frontal. 34) Guarde el VI. 15

16 En esta parte de la práctica, se realizará un análisis de la información presentada por la temperatura. Para esto podrá utilizar arreglos, clusters, trazos y gráficos. 35) Guarde el VI utilizando la función Save As con el nombre Análisis de temperatura (recuerde lo realizado en la parte 6a) 36) Genere el siguiente panel frontal. Figura 20.- Panel frontal del VI Análisis de temperatura a) Modifique el trazo y agregue un gráfico (Waveform Graph). Redacte los límites, así como las etiquetas. Para agregar una gráfica más en el indicador gráfico donde aparecen las leyendas de las dos señales, simplemente expanda el menú con el cursor. b) Esconda el menú de gráficas para el indicador de trazos (colocarse sobre él y presionar el botón derecho del ratón, luego seleccionar visible items Plot Legend). c) Cambiar el aspecto de graficado para las dos señales a generar colocando el cursor sobre el estilo de línea y presionar el botón derecho del ratón. Las dos señales deben ser diferentes, 16

17 así que puede experimentar como lo desee. Figura 21.- Formato de señales en la gráfica 37) Genere el siguiente diagrama a bloques. Figura 22.- Diagrama a bloques del VI Análisis de temperatura a) Coloque el cursor sobre el borde del ciclo WHILE y seleccione Replace with FOR LOOP. b) Asigne el valor de 100 al número de repeticiones para el ciclo FOR. c) Genere cuatro constantes numéricas y asigne los valores de 0, 0.1, 0.1 y 2. Si las constantes aparecen en color azul, significa que LabVIEW asignó un formato de 32 bits con signo. Lo que se desea son formatos decimales. d) Si no aparecen con el formato DBL, es decir, doble precisión (punto decimal, color naranja), coloque el cursor sobre las constantes y presione el botón derecho del ratón. Escoja 17

18 Representation DBL. Realice lo anterior para cada una de las constantes. Figura 23.- Formato de constantes a punto decimal e) Si no le aparecen las etiquetas para cada constante, coloque el cursor sobre la misma y presione el botón derecho del ratón. Escoja Visible Items Label, y escriba el título de cada constante como se sugiere en el diagrama a bloques. f) Coloque el VI para ajuste polinomial (Functions Mathematics Fitting Gener al Polynomial Fit.vi) en el diagrama a bloques y asigne a Y el valor de la simulación de temperatura; en X coloque el resultado de la multiplicación. La salida Best Polynomial Fit se conectará después. Figura 24.- Ventana de ayuda General Polynomial Fit.vi g) Inserte dos elementos de agrupación (Bundle) para combinar los datos provenientes tanto del ciclo FOR como del ajuste de la curva (Functions Programming Clusters, Class & Variant). h) Expanda las funciones de agrupación (Bundle) hasta obtener tres elementos 18

19 de entrada, como se observa en el diagrama a bloques. i) Conecte las entradas a agrupar como se sugiere en el diagrama a bloques (recuerde conectar la salida Best Polynomial Fit) j) Utilice la función Build Array (Functions Programming Array) para crear arreglos de los datos y poder graficarlos. La función puede expandirse con el cursor para obtener dos entradas ó, directamente sobre ella presionando el botón derecho del ratón y seleccionando Add Input. k) Conecte la salida de la función Build Array a la entrada del gráfico Gráfica de temperatura. 38) Guarde el VI. 39) Ejecute el VI y observe. 40) Modifique el orden polinomial y ejecute de nuevo. El ejercicio realizado muestra cómo se puede utilizar LabVIEW para realizar análisis a variables y determinar cuál será el comportamiento a seguir. Los valores de 0.1 se deben a que el ciclo FOR se ejecuta cada 100 milisegundos y, como se repite 100 veces, (100)x(0.1 Seg) = 10 segundos de adquisición de información. La Delta X es para indicar en la gráfica que el intervalo será de 0.1 segundos. Xo es el valor inicial de para cada actualización. 19

20 Tarea: Genere un VI en el cual se realice un análisis de temperatura durante 20 segundos (puede utilizar el VI creado anteriormente) y muestre en el panel frontal el valor máximo y mínimo de temperatura, así como el promedio de toda la medición. Además, deberá existir una manera en que el usuario pueda elegir el orden polinomial para el ajuste. Guarde el VI con el nombre: Práctica #9 Análisis de temperatura Apellidos.vi Aquí será conveniente revisar las funciones matemáticas de LabVIEW, como también lo visto en arreglos y clusters). Preguntas 1) Cuáles son las diferencias entre un trazo y un gráfico? 2) Cuáles son los tres modos de actualización de un trazo? Describa brevemente cada uno. 3) Cómo se crea un arreglo? 4) Se muestra un arreglo de dos dimensiones: Si se utiliza la función Array Subset en el arreglo, y asignara los siguientes valores (como se presentan): Index:2 Lenght:3 Index:3 Lenght:2 Qué valor se presentaría como resultado? Será un arreglo de una o dos dimensiones? Por qué? 20

21 5) Cuál es la diferencia entre un cluster y un arreglo? Explique brevemente. 6) Cuál es la diferencia entre las funciones Bundle y Bundle By Name? En Unbundle y Unbundle By Name? 21