Основы работы в NI LabView

Магистратура 2020/2021

Статус: Курс адаптационный (Интернет вещей и киберфизические системы)

Направление: 11.04.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 1 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Красивская Мария Игоревна, Кулыгин Владимир Николаевич

Прогр. обучения: Интернет вещей и киберфизические системы

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целью освоения дисциплины «Основы работы в NI LabVIEW» является приобретение практических навыков и опыта работы в среде NI LabVIEW по построению программного обеспечения для решения различных задач различных задач автоматизации и интеллектуализации процессов измерения и управления, а также моделирования и прототипирования. NI LabVIEW является ключевым продуктом корпорации NI, которая занимает лидирующие позиции в области актуальнейших технологий автоматизации и интеллектуализации измерений, метрологии, программируемого радио (в том числе стека технологий 5G, промышленных технологий “Интернета вещей”), мехатроники, робототехники, метрологии. NI LabVIEW признаётся специалистами стандартом де-факто для построения ПО в области Test & Measurement. Навыки программирования в NI LabVIEW и понимания графического программного кода являются одной из важнейших профессиональных компетенций современных инженеров практически во всех отраслях. В дисциплине формируются практические навыки разработки виртуальных приборов в среде NI LabVIEW. Содержание дисциплины гармонизировано с официальными курсами National Instruments LabVIEW Core 1, Core 2, международного сертификационного экзамена Certified LabVIEW Associate Developer (CLAD) и является необходимым базисом для большинства образовательных и профессиональных траекторий по современным технологиям National Instruments. Дисциплина готовит студентов к успешному освоению дисциплин, связанных с системами автоматизированного управления, сбора и обработки данных. Полученные знания, умения и навыки позволят обучающимся разрабатывать приложения для сбора, обработки, отображения, анализа, передачи и хранения измерительной информации, тестирования, управления измерительными приборами и оборудованием сбора данных, моделирования различных процессов и устройств.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Основы работы в NI LabVIEW» является формирование и развитие практических навыков работы в среде NI LabVIEW по построению программного обеспечения для решения различных задач автоматизации и интеллектуализации процессов измерения и управления. В результате освоения дисциплины «Основы работы в NI LabVIEW» студент приобретает следующие компетенции: · способен разрабатывать и применять специализированное программно-математическое обеспечение для проведения исследований и решения инженерных задач; · способен разрабатывать модели средств, систем и процессов в инфокоммуникациях, проверять их адекватность на практике и использовать пакеты прикладных программ анализа и синтеза инфокоммуникационных систем, сетей и устройств.

Планируемые результаты обучения

Знать: назначение и возможности среды NI LabVIEW для решения задач в области Интернета вещей; концепцию программирования на основе потока данных, основные приёмы разработки ПО в NI LabVIEW, основные инструменты отладки и приёмы поиска ошибок в NI LabVIEW; Уметь: создавать в NI LabVIEW простые программные компоненты или модели элементов систем Интернета вещей; идентифицировать ошибки и проблемы организации блок-схемы. Владеть: навыками навигации и отладки в среде LabVIEW.
Знать: логику работы алгоритмических структур NI LabVIEW. Уметь: обоснованно выбирать алгоритмические структуры NI LabVIEW для оптимального решения задач. Владеть: навыками грамотного применения алгоритмических структур NI LabVIEW для обеспечения требуемой точности и производительности.
Знать: ключевые свойства типов и структур данных NI LabVIEW; Уметь: обоснованно выбирать типы и структуры данных NI LabVIEW для оптимального решения задач; Владеть: навыками грамотного применения типов и структур данных NI LabVIEW для обеспечения требуемой точности и производительности.
Знать: форматы файлов для сохранения данных, особенности их использования и основные инструменты NI LabVIEW для работы с файлами; Уметь: организовывать файловый ввод/вывод с использованием различных форматов файлов; Владеть: навыками организации файлового ввода/вывода для загрузки и/или сохранения результатов измерений, протоколирования и т.д.
Знать: приёмы и инструменты организации передачи данных , методы и инструменты программного управления пользовательским интерфейсом; Уметь: выбирать программные инструменты синхронизации и передачи данных; создавать пользовательские интерфейсы и программное управление интерфейсом; Владеть: навыками применения программных инструментов синхронизации и передачи данных; навыками построения передних панелей виртуальных приборов
Знать: возможности и логику работы высокоуровневых структур и шаблонов для разработки приложений, в том числе на основе конечного автомата; Уметь: использовать высокоуровневые структуры и шаблоны построения приложений в NI LabVIEW; Владеть: навыками реализации виртуальных приборов NI LabVIEW по модульному принципу, с использованием отработанных и рекомендованных структур построения приложений, включая структуры с параллельными циклами.
Знать: приёмы работы по улучшению существующих ВП; создания законченных приложений в NI LabVIEW; Уметь: осуществлять рефакторинг существующего кода ВП NI LabVIEW; создавать законченные автономные приложения ; Владеть: навыками отладки, навыками создания на основе виртуальных приборов NI LabVIEW законченных автономных приложений.

Содержание учебной дисциплины

Раздел 1. Cреда LabVIEW, виртуальные приборы и концепция dataflow-программирования
1.1 Знакомство со элементами интерфейса среды LabVIEW. Состав виртуальных приборов LabVIEW. Создание виртуальных приборов и проектов LabVIEW. Работа с передней панелью и блок-схемой LabVIEW. Выполнение поиска элементов управления, ВП и функций. 1.2 Основные приёмы построения приложения в LabVIEW. Построение простого приложения LabVIEW для сбора, анализа и представления данных. Формирование понимания модели программирования на основе потока данных. Определение основных типов данных. 1.3 Модульное программирование и виртуальные подприборы (SubVI). Освоение модульного программирования в LabVIEW и приёмов создания и настройки иконки и соединительной панели виртуального прибора для его использования в качестве ВПП. Основы модульного программирования и документирования кода. 1.4 Поиск ошибок и отладка ВП. Обучение приёмам отладки и проверке на наличие ошибок в LabVIEW. Идентификация общих проблем организации блок-схемы и потока данных в блок-схеме.
Раздел 2. Циклы и алгоритмические структуры виртуальных приборов LabVIEW
2.1 Использование циклов. Знакомство с разными путями организации многократного запуска кода LabVIEW и приёмами для управления выполнением циклов. Настройка программных временных режимов кода. Использование данных в разных итерациях циклов. 2.2 Использование структур принятия решений. Изучение структур LabVIEW, которые используются для реализации алгоритмов принятия решений в приложениях. Создание и применение структуры варианта и структуры обработчика событий
Раздел 3. Типы и структуры данных виртуальных приборов LabVIEW
Различные способы представления числовых данных. Приведение данных. Работа с текстовыми данными. Операции со строками. Преобразование типов данных. 3.1 Структуры данных. Знакомство с типами данных, которые объединяют данные в единую структуру для упрощения доступа к данным и их анализа. Создание и использование элементов для работы с массивами. Кластеры. Инструменты для работы с кластерами. 3.2 Определение типа. Использование определений типов для повышения эффективности повторного использования структур данных в приложениях.
Раздел 4. Работа с файлами
4.1 Доступ к файлам из LabVIEW. Изучение базовых концепций файлового ввода/вывода и основных путей доступа и модификации ресурсов в LabVIEW. Высокоуровневые и низкоуровневые функции файлового ввода/вывода. 4.2 Технологии ввода/вывода файлов. Изучение различных форматов файлов для сбора и хранения данных и подходы к выбору подходящего формата для конкретных приложений. Практическое применение модульного кода, который считывает или записывает измеренные данные. Сравнение файловых форматов.
Раздел 5.Управление потоком данных и графическим интерфейсом пользователя
5.1 Использование переменных. Изучение локальных переменных и возможностей их использования для модификации значений элементов управления передней панели, остановки параллельных циклов и обхода ограничений потока данных. Коммуникация между параллельными циклами, запись в элементы управления и считывание данных с индикаторов. 5.2 Передача данных между параллельными циклами. Освоение приёмов организации передачи данных между параллельными циклами. Создание кода приложения, управляемого через пользовательский интерфейсом с синхронизаций данных через параллельные циклы. Использование очередей (queues) для передачи накопленных данных между циклами и уведомлений для одновременной передачи данных нескольким циклам. 5.3 Управление пользовательским интерфейсом. Изучение методов программного управления атрибутами объектов передней панели. Временное отключение элементов управления. Освоение возможностей использования VI-сервера для доступа к свойствам и методам объектов передней панели.
Раздел 6. Использование высокоуровневых структур и шаблонов для разработки эффективных приложений.
6.1 Использование программирования на основе последовательности и конечного автомата. Приёмы последовательного программирования. Применение машины состояний (конечного автомата). 6.2 Применение шаблонов проектирования. Знакомство с основами шаблонов проектирования и изучение их преимуществ и функциональных возможностей.. Сокращение времени разработки за счет использования шаблонов. Две основные категории шаблонов: с одним циклом и с несколькими циклами.
Раздел 7. Анализ производительности и создание автономных. приложений на базе виртуальных приборов
7.1 Улучшение существующего ВП. Освоение методов рефакторинга унаследованного кода LabVIEW для улучшения его читаемости и упрощения сопровождения без видимого изменения внешней работы программы. Максимизация повторного использования существующего кода. 7.2 Создание и распространение приложений. Освоение процесса создания автономных приложений и установщиков для приложений LabVIEW. Получение навыков применения модуля ApplicationBuilder для построения приложений в LabVIEW. Подготовка файлов, создание спецификаций построения приложений.

Элементы контроля

Мини-тесты
Небольшие (до 5 заданий) тесты по материалам предыдущих занятий. Всего за курс 4 мини-теста.
практические занятия
Домашнее задание
Экзамен
В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-7, ОПК-2, ПК-1, ПК-2, ПК-3

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (1 модуль)
0.25 * Домашнее задание + 0.2 * Мини-тесты + 0.25 * практические занятия + 0.3 * Экзамен

Программа дисциплины