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Entorno de Programación LabVIEW
1.1
Introducción
LabVIEW es un lenguaje de programación de alto nivel, de tipo gráfico,
inicialmente enfocado a la realización de aplicaciones para el control de
instrumentación. Desde su aparición, LabVIEW se ha convertido en un auténtico
lenguaje y entorno integrado de programación, ya que cuenta con todos los
recursos necesarios para elaborar cualquier tipo de algoritmo en aplicaciones muy
variadas. Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos
Virtuales, o VIs, lo que da una idea de su uso en origen: el control de instrumentos.
El lema de LabVIEW es: "La potencia está en el Software". Entre sus objetivos
están la reducción del tiempo de desarrollo de aplicaciones y facilitar el desarrollo
de aplicaciones a programadores no expertos en informática. Pero una de sus
mayores cualidades es la existencia de numerosos paquetes que permiten combinar
este software con todo tipo de hardware, como tarjetas de adquisición de datos,
controladores, autómatas programables, sistemas de visión, FPGAs, etc.
En este capítulo y en los sucesivos, se intentarán establecer las bases necesarias para
que lectores puedan desarrollar aplicaciones enfocadas al campo de la adquisición de
datos, supervisión y control y, más concretamente, para la automatización de
sistemas de riego. A continuación, comenzaremos proporcionando una visión general
sobre el entorno LabVIEW.
1.2
Programación Gráfica
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbech) fue creado por
la empresa National Instruments (fundada en 1976 en Austin, Texas) para
funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en 1986. En la
actualidad se encuentra disponible para las plataformas Windows, UNIX, Mac y
Linux. La última versión (8.6), liberada en Agosto de 2008, cuenta con soporte
para el sistema operativo Windows Vista. En la Tabla 1.1 se puede observar la
evolución de este entorno y las principales características aportadas con cada una
de las versiones.
La programación G constituye el corazón de LabVIEW, y difiere de otros
lenguajes de programación como C ó Basic, en que éstos están basados en texto,
mientras que en G se utiliza programación gráfica. Los programas en G, o VIs
(acrónimo de Virtual Instrument) constan de una interfaz interactiva de usuario y
un diagrama de flujo de datos que hace las funciones de código fuente.
Programación Gráfica para Ingenieros
Año
1986
1990
1992
1993
1994
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2003
2004
2005
2005
2006
2007
2008
Versión
LabVIEW 1.0, primera versión en Mac OS
LabVIEW 2.0, máximo aprovechamiento de los resultados
LabVIEW 2.5, primera versión en Windows 3.1 y Solaris
LabVIEW 3.0
LabVIEW 3.0.1, primera versión en Windows NT
LabVIEW 3.1
LabVIEW 3.1.1, integración del Application Builder (creación de archivos
ejecutables)
LabVIEW 4.0
LabVIEW 4.1
LabVIEW 5.0, multitarea, contenedores ActiveX, asistente para la adquisición de
dato (tarjetas de adquisición DAQ) e asistente para el control de instrumentos
LabVIEW 5.1, primera versión para Linux, primera versión de LabVIEW RT
(Real Time)
LabVIEW 6.0, controles gráficos en 3D, referencias de controles
LabVIEW 6.1, mejoramiento y correcciones, primera versión en Palm OS
LabVIEW 7.0, VI Express, primera versión en Windows Mobile 2003
LabVIEW 7.1, traducción en francés, alemán y japonés
LabVIEW 8.0, Project Explorer, XControls, shared variables
LabVIEW 8.1, mejoras y correcciones
LabVIEW 8.20, Programación orientada a objetos
LabVIEW 8.5, primera versión del toolkit FPGA y del toolkit Statechart
LabVIEW 8.6, limpieza automática de los diagramas
Tabla 1.1. Diferentes versiones de LabVIEW aparecidas en el mercado.
De forma más específica, el entorno de programación gráfico LabVIEW se
estructura siguiendo la analogía con los instrumentos de laboratorio a los que
trataba de emular en sus primeras versiones. Así, un instrumento virtual consta de:
•
Panel Frontal. Es la interfaz interactiva de usuario de un VI, debido a que
simula el panel de un instrumento físico. El panel frontal puede contener
botones, interruptores, pulsadores, gráficas y otros controles e indicadores. Los
datos se introducen utilizando el ratón y el teclado, y los resultados se muestran
en la pantalla del ordenador.
•
Diagrama de Bloques. Se construye en G y constituye el código fuente del
programa o VI. Supone una solución gráfica a un determinado problema de
programación.
Los VIs son jerárquicos y modulares. Pueden utilizarse como programas de alto
nivel o como subprogramas de otros programas o subprogramas. Cuando un VI se
usa dentro de otro VI, se denomina subVI. El icono y los conectores de un VI
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Entorno de programación LabVIEW
funcionan como una lista de parámetros gráficos de forma que otros VIs puedan
pasar datos a un determinado subVI.
1.3
Instrumentos Virtuales
Los programas de LabVIEW se denominan instrumentos virtuales o VI, debido a
que su apariencia y operación imita a los instrumentos físicos, tales como
osciloscopios y multímetros. LabVIEW contiene un amplio abanico de
herramientas para adquisición, análisis, despliegue y almacenamiento de datos, así
como herramientas que ayudan a especificar su código de ejecución.
En LabVIEW, se construye una interfaz de usuario, o panel frontal (véase la
Figura 1.1), con controles e indicadores. Los controles son texto, botones de
acción, interruptores y otros dispositivos de entrada. Los indicadores son gráficos,
LED, objetos para mostrar texto o números y otros elementos. Una vez construida
la interfaz, el código se agrega en el diagrama de bloques utilizando subVIs y
estructuras para controlar los objetos del panel frontal.
Barra de herramientas
del panel frontal
Icono
Control
Booleano
Leyenda del
gráfico
Gráfico de
Forma de onda
Leyenda de
la escala
Leyenda de
La grafica
Figura 1.1. Panel Frontal.
El diagrama de bloques (véase la Figura 1.2) contiene el código fuente gráfico.
Los objetos del panel frontal aparecen como terminales en el diagrama de bloques.
Adicionalmente, el diagrama de bloques contiene funciones y estructuras
incorporadas en las bibliotecas de LabVIEW. Los cables conectan cada uno de los
nodos en el diagrama de bloques, incluyendo controles e indicadores de terminal,
funciones y estructuras.
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Programación Gráfica para Ingenieros
Barra de
herramientas
Funcion de
dividir
SubVI
Terminal
grafica
Cableado
de
datos
Estructura
While loop
Constante
numerica
Funcion de
tiempo
Terminal de control
booleano
Figura 1.2. Diagrama de bloques.
En este diagrama de bloques se llama al subVI Temp, que implementa una
subrutina que obtiene una temperatura desde una tarjeta de adquisición de datos
(DAQ). Esta temperatura es representada, junto con el valor medio de la
temperatura, en la gráfica de forma de onda Temperature History. El interruptor
(Power) es un control booleano que se colocó en el panel frontal para detener la
ejecución del bucle de iteración While Loop. Esta estructura iterativa (While Loop)
también contiene un terminal (i) que indica el número de iteración que se está
ejecutando (la primera iteración es la número 0).
A partir de LabVIEW 7.0 se introdujo un nuevo tipo de subVI denominado Express
VI. Estos son VIs interactivos que tienen una configuración mediante un cuadro de
diálogo que permite al usuario personalizar su funcionalidad de manera rápida e
intuitiva. A partir de esta configuración LabVIEW genera un subVI basado en
dichos argumentos.
Los VIs estándar están constituidos a su vez por un panel frontal y un diagrama de
bloques que son usados dentro de otro VI.
Las funciones son los bloques básicos para la construcción de todos los VIs, pero
no tienen un panel frontal o un diagrama de bloques (por ejemplo, funciones
aritméticas de suma, resta, multiplicación, etc.).
1.4
Menús de LabVIEW
La barra de menús de la parte superior de las ventanas de LabVIEW contiene
diversos menús pull-down (desplegables). Cuando hacemos clic sobre un ítem o
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Entorno de programación LabVIEW
elemento de esta barra, aparece un menú por debajo de ella. Dicho menú contiene
elementos comunes a otras aplicaciones Windows, como Open (Abrir), Save
(Guardar) y Paste (Pegar), y muchas otras particulares de LabVIEW.
La Figura 1.3 muestra la barra de menús para la versión 8.6.1, común para el panel
frontal y el diagrama de bloques.
Figura 1.3. Barra de menús de la versión 8.6.
File (Archivo)
Sus opciones se usan básicamente para abrir, cerrar,
guardar, imprimir VI, etc.
Edit (Edición)
Se usa principalmente para organizar el panel frontal y el
diagrama de bloques y establecer nuestras preferencias.
View (Ver)
Muestra las distintas paletas, errores, navegadores, etc.
Project (Proyecto)
Presenta los niveles de jerarquía, los subVIs que lo
integran, los que están sin abrir, busca VIs, etc.
Operate (Función)
Sus comandos sirven para ejecutar el VI.
Tools (Herramientas)
Se accede a una serie de herramientas para compilar el VI,
publicarlo como página Web, etc.
Windows (Ventanas)
Se utiliza básicamente para mostrar (Show) ventanas.
Help (Ayuda)
Muestra una ayuda sobre los diferentes iconos y otros
aspectos de LabVIEW.
El menú de LabVIEW que utilizaremos con más frecuencia es el menú de contexto
o emergente (Pop-up) de objetos, al que se accede situando el cursor sobre un
objeto y pulsando el botón derecho del ratón. Si la pulsación se hace sobre un
espacio vacío, el menú que se obtendrá variará en función de la herramienta
seleccionada.
1.5
Barra de Herramientas (Toolbar)
Bajo la barra de menús se sitúa la barra de herramientas, que incluye una serie de
botones para editar o ejecutar los VIs. Tal como se ilustra en la Figura 1.4, esta
barra se muestra con más o menos opciones dependiendo de si estamos en modo de
ejecución o de edición. Además, en el diagrama de bloques se dispone de algunas
opciones adicionales. La función de los distintos botones es la siguiente:
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