A LabVIEW használata az oktatásban

1

A LabVIEW használata az oktatásban

A LabVIEW alapjainak oktatása

Spektrum számolása

Mingesz Róbert, Vadai Gergely

2013. május 24.

2

Tartalom

• A LabVIEW alapjainak oktatása

• Szorgalmi feladat

• Spektrum számolása

• Feladatok megoldása

• Jegyzőkönyv

3

A LabVIEW alapjainak oktatása

4

Közösen elmutogatós módszer

Előnyök:

• Egyszerű

Hátrányok:

• Mindenki más sebességgel haladna

• Ha valaki lemarad, nem tudja behozni

• Többiek unatkoznak

Felhasználás:

• Környezet bemutatása, alap feladatok

5

Lépésenként példák

• Írásban, részletesen leírva + közös megvalósítás

Előnyök:

• Nem gond, ha valaki lemarad

• Mindenki haladhat a maga ritmusában

Hátrányok:

• Néha nehéz összeegyeztetni, ha a tanár más ütemben halad

• Nehéz új feladatokra alkalmazni a tudást

• Tananyag hosszú előkészítése

6

Projektek / feladatok

• Kiadott projektek/feladatok önálló megoldása

Előnyök:

• Mindenki a saját ütemében haladhat

• Rengeteg kihívás → mélyebb megértés

Hátrányok:

• Tananyag előkészítése

• A hallgatók számára mindig könnyű megtalálni a szükséges eszközöket, módszereket

7

Online oktatóvideók

• Önálló feldolgozáshoz

Előnyök:

• Bármilyen témára megtalálhatjuk

Hátrányok:

• Unalmasak

• Sokszor olyan eszközöket kíván, amik nem érhető el

8

Online leírások, példák, fórum

• Önálló feldolgozáshoz, problémamegoldáshoz

Előnyök:

• Bármilyen témára megtalálhatjuk

Hátrányok:

• Nehéz megtalálni amit keresünk

• Nem egyenletes színvonal

9

Beépített példák

• Egy új funkció megismeréséhez

Előnyök:

• Minden funkcióhoz van

• Működőképesek

Hátrányok:

• Néha túl bonyolultak

• Olyan elemeket is használhatnak, amiket egyébként nem lehet megtalálni

10

Könyvek

• Önálló tanuláshoz

Előnyök

• Koherens, jól követhető

Hátrányok

• Unalmas (sok részét már ismerni fogjuk)

• Nehezen hozzáférhetők

11

Hivatalos LabVIEW tanfolyamok

• LabVIEW Core 1 (370 eFt)

• LabVIEW Core 2 (370 eFt)

• LabVIEW Core 3 (370 eFt)

• LabVIEW Connectivity course (250 eFt)

• LabVIEW Performance course (250 eFt)

• LabVIEW Real-Time 1 és 2 (250 eFt/db)

• Data Acquisition and Signal Conditioning

• Tananyagok: 70 eFt/db

12

NI hivatalos vizsgák

• NI LabVIEW Certificationshttp://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/hu/nid/201888

• Certified LabVIEW Associate Developer

• Certified LabVIEW Developer

• Certified LabVIEW Architect

13

NI Certified LabVIEW Associate Developer

• CLAD

• LabVIEW Core 1 és 2 anyaga

• Fél év LabVIEW fejlesztési gyakorlat

• Teszt, 1 óra

• NI Days: Ingyen vizsgalehetőség

• 2 évente meg kell újítani

14

LabVIEW és az oktatás

15

K12Lab

• http://k12lab.com/

• Kész feladatok

• Videók, felhasználók alkotásai

16

LabVIEW versenyek

• http://hungary.ni.com/labview-verseny

• Ságvári: 2. helyezés

17

Szorgalmi feladat

18

Spektrum számolása

19

Jelek mintavételezése

• dt: – mintavételi időköz

• fs = 1/dt – mintavételi frekvencia

20

Fourier reprezentációk

21

Spektrum

• f0 – DC jelszínt

• df – frekvencia felbontás

• fi = i ∙ df – kiválasztott frekvencia

∆ 𝑓 =1

𝑇m é r é s

=1

𝑁 ∙∆ 𝑡

22

DFT

• – mintavételezett jel

• – frekvenciatartománybeli reprezentáció (spektrum, az amplitúdó fele)

• Teljesítménysűrűség spektrum:

𝑋𝑘=1𝑁 ∑

𝑗= 0

𝑁 −1

𝑥 𝑗 ∙𝑒−i ∙2𝜋 ∙ 𝑗 ∙𝑘

𝑁

𝑥 𝑗=1𝑁 ∑

𝑘=0

𝑁−1

𝑋𝑘 ∙𝑒i ∙ 2𝜋 ∙ 𝑗 ∙𝑘

𝑁

23

Négyszög ablakfüggvény

24

Hanning ablakfüggvény

Waveform

25 oldal

• Kezdőidő (dátum/relatív idő) ( t0 )

• Mintavételi időköz ( dt )

• Kitérés ( Y )

• Clusterrel helyettesíthető

Waveform paletta

26 oldal

Waveform generálása

27 oldal

• Signal processing / Wfm Generation

Mintavételezés paraméterei (Sampling info)

28 oldal

• Mintavételi frekvencia ( Fs )

• Minták száma ( #s , tipikusan kettő hatvány)

PSD számolása

29 oldal

• Signal processing / Wfm Measure

Teljesítménysűrűség spektrum

30 oldal

• Kezdő frekvencia ( f0=0 )

• Frekvencia-feloldás ( df )

• Amplitúdó ( magnitude )

Amplitúdó spektrum számolása

31 oldal

• Signal processing / Wfm Measure

Tömb feldarabolása

32 oldal

Intensity Graph

33 oldal

• Fogadott adattípus: 2D tömb

1. feladat

• Hozzon létre egy háromszögjelet, majd számolja ki a négyzetét!

• A jel paraméterei: frekvencia: 10 Hz, mintavételi frekvencia: 10 kHz, minták száma 65536. Ábrázolja mindkét jelet egy grafikonon, úgy, hogy jól látszódjon az eredmény!

• Számolja ki mindkét jel amplitúdó-spektrumát (magnitude), és ábrázolja őket egy grafikonon 0 és 100 Hz között.

34 oldal

1. feladat

• Mi a különbség a két jel között? Milyen különbséget látunk, ha az y tengely (magnitúdó) logaritmikus? Miért nem csak 10 Hz-nél látunk bármit a spektrumban? Mit jelent a spektrum 0-nál felvett értéke? Miért nem éles vonalakat látunk? Hogy lehetne ezen segíteni?

• A vi előlapot megfelelően alakítsa ki, a feliratok legyenek informatívak (a tengelyfeliratok is)!

35 oldal

2. feladat

• A mellékelt LVO8.SampleSignal.vi egy minta jelet ad vissza, valamint a hozzá tartozó paramétereket (mintavételi frekvencia, minták száma). Készítsen olyan programot, amely kiszámolja a jel teljesítménysűrűség-spektrumát (PSD).

36 oldal

2. feladat

• A program előlapján lehessen választani, hogy milyen ablakfüggvényt használunk, valamint azt, hogy decibel (logaritmikus) vagy normál (lineáris) skálán szeretnénk-e látni az eredményt. A program előlapját megfelelően feliratozza!

• Magyarázza meg, a látott spektrumot! Milyen különbséget lát a lineáris és a logaritmikus skálán való megjelenítés között? Történt-e „hiba” a mintavételezés során?

37 oldal

3. feladat

• Egy ciklusban darabolja fel a teljes jelet 1024 mintából álló darabokra. Számolja ki az egyes darabok spektrumát, majd az (időfüggő) eredményt jelenítse meg egy Intensity Graph-on!

38 oldal

3. feladat

• A program legyen képes mind lineáris, mind decibeles skálán megjeleníteni az eredményt! (Megjegyzés: lineáris skála esetén célszerű ha a z tengely autoskálán van, decibeles skála esetén pedig – 60 db min és 0 db max az ideális beállítás).

• Miben különbözik a kép lineáris és decibeles skálán? Magyarázza meg mit lát a spektrumban!

39 oldal

4. feladat

• Kíváncsiak vagyunk, hogyan változik a jel teljesítménye az 1024 Hz-hez tartozó frekvencián.

• Hogyan kaphatjuk meg a jel teljesítményét az adott pontban?

• Készítsen (a hármas feladaton alapuló) programot, mely ábrázolja ennek időbeli változását.

• Hogyan magyarázza ez a jel a korábbi spektrumokat?

40 oldal