Hardwareintegration in NI LabVIEW

Überblick

Seit über 20 Jahren wird LabVIEW von Ingenieuren und Wissenschaftlern für die Anbindung von Mess-, Steuer- und Regelgeräten eingesetzt. LabVIEW ermöglicht dabei die nahtlose Integration unterschiedlicher Hardwaregeräte und spart durch praktische Funktionen und einen konsistenten Programmierrahmen für sämtliche Hardware zudem Entwicklungszeit.

Verkürzte Entwicklungszeiten durch leichtere Systemintegration

Bei der Systemintegration, Inbetriebnahme und Konfiguration handelt es sich um anspruchsvolle Aufgaben, die mehr Zeit erfordern als die eigentliche Programmierung, Messung oder Prüfung. Die Integration unterschiedlicher Hardwaregeräte mit traditionellen Werkzeugen bringt dabei häufig zeitintensive Arbeitsschritte und mögliche Inkompatibilitäten mit sich. Zuallererst müssen die passenden Treiber für alle Hardwaregeräte gefunden und installiert und anschließend Möglichkeiten gefunden werden, diese aus der Software aufzurufen. Sobald die Treiber einsatzbereit sind, müssen Anwender sich mit dem jeweiligen Programmiermodell des Treiberherstellers auseinandersetzen, damit die Treiber mit der Hardware kommunizieren können. LabVIEW sorgt für eine verkürzte Entwicklungszeit und weniger Frustrationen, da es einige Schritte komplett unnötig macht und andere deutlich erleichtert.

LabVIEW kann für die gesamte Palette von Hardwarekomponenten eingesetzt werden. Für gängige Hardwaregeräte stehen fertige Treiber zur Verfügung. Alle Hardwaretreiber bieten ein ähnliches, vertrautes Programmiermodell und Beispiele für die direkte Installation in LabVIEW.

 

Anbindung an jede Hardware

Die Entwicklungsumgebung LabVIEW kann mit sämtlicher Hardware eingesetzt werden. Die Anbindung erfolgt über die Treibersoftware, die als Kommunikationsglied zwischen LabVIEW und der Hardware dient. LabVIEW-Treibersoftware ermöglicht die nahtlose Integration unterschiedlicher Arten von Messgeräten, Bussystemen und Sensoren, darunter Datenerfassungsgeräte, Stand-alone-Messgeräte, modulare Messgeräte, Motorsteuereinheiten und Motorantriebe, industrielle Bildverarbeitungshardware, Wireless-Sensoren sowie FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays). In dem seltenen Fall, dass für ein Hardwaregerät noch kein Treiber existiert, können Treiber aus anderen Programmiersprachen importiert oder eigene Treiber mithilfe von Low-Level-Kommunikation implementiert werden.

Abbildung 1: LabVIEW ermöglicht die Integration tausender Mess-, Steuer- und Regelgeräte.

 

Hardware von NI

National Instruments ist mit mehr als 50 Millionen verkauften I/O-Kanälen in den letzten zehn Jahren einer der Marktführer auf dem Gebiet der PC-gestützten Datenerfassung und bietet eine umfassende Palette von Datenerfassungsprodukten für Desktop-, mobile, industrielle und Embedded-Anwendungen. Der Treiber NI-DAQmx ermöglicht die Integration von mehr als 200 Datenerfassungsgeräten in LabVIEW über verschiedene Bussysteme und Formfaktoren, darunter USB, PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, Wireless und Ethernet.

Zusätzlich zur Datenerfassungshardware bietet NI Hardware für Prüf-, Mess-, Steuer- und Regelanwendungen an. Modulare Messgeräte übernehmen die Synchronisation von Mess- und Signalerzeugungsanwendungen sowie RF- und Schaltkomponenten für automatisierte Prüfsysteme. PACs (Programmable Automation Controllers) von NI verbinden die Robustheit einer SPS mit der Leistung eines PCs für industrielle Mess-, Steuer- und Regelanwendungen. Bildverarbeitungsgeräte bieten herausragende Funktionen im Vergleich zu vielen herkömmlichen Sensoren, darunter das Überprüfen der Komponentenpositionierung, Zählen von Komponenten sowie Lesen von Barcodes. Jeder Hardwaretyp verfügt über eigene Treibersoftware für die einfache Integration in LabVIEW. Beispiele hierfür sind:

  • Digitalmultimeter
  • Hochgeschwindigkeitsdigitizer (Oszilloskope)
  • RF-Signalanalysatoren
  • RF-Signalgeneratoren
  • Signalgeneratoren
  • Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O-Module
  • Schaltelemente
  • Programmierbare Netzteile
  • Rekonfigurierbare FPGA-I/O-Hardware
  • Motorsteuereinheiten
  • Bildverarbeitungssysteme





 

Die Treiber für diese Produkte wurden für den Einsatz mit LabVIEW entwickelt und ermöglichen den einfachen Zugriff auf alle Hardwarefunktionen. Die Treiber werden direkt in LabVIEW installiert und fügen der Funktionenpalette neue Funktionen hinzu. NI-Gerätetreiber implementieren in der Regel erweiterte Funktionen wie Gerätenamen-Aliasse und Hardwaresimulation, sodass Anwender in der Lage sind, Software zu entwickeln, die auch mit anderen Geräten eingesetzt werden kann. Solange ein Gerät dieselben Funktionen unterstützt, kann der Treiber an das neue Gerät angepasst werden, selbst wenn die zugrunde liegende Technologie sich drastisch verändert, wie z. B. beim Übergang von einem PCI-basierten Datenerfassungsgerät zu einem Wireless-Gerät.


Hardware von Drittanbietern

LabVIEW kann nicht nur an NI-Hardware angebunden werden, sondern über Messgerätetreiber auch an tausende Messgeräte von Drittanbietern. Das Instrument Driver Network (IDNet) enthält mehr als 10.000 kostenlose Treiber für Messgeräte von über 350 Drittanbietern für die Anbindung von Hardware an LabVIEW.

Ein Großteil dieser Treiber ist von NI zertifiziert und entspricht somit den NI-Qualitäts- und -Handhabungsstandards. Zudem erhalten Sie für die Treiber Support von NI-Applikationsingenieuren.

Steht für ein Messgerät kein Gerätetreiber zur Verfügung oder soll ein bestehender Treiber um zusätzliche Funktionen ergänzt werden, erzeugen LabVIEW-Assistenten automatisch den Programmcode, der für das Erstellen eines Gerätetreibers erforderlich ist. LabVIEW kann an eine Vielzahl häufig genutzter Messgerätesteuerungsstandards angebunden werden, darunter GPIB, serielle Schnittstellen (RS232, RS485 und RS422), USB, VXI, PXI, Ethernet, IEEE 1394, VISA, Modbus und OPC-Server.


Zügige Auswahl der passenden Treibersoftware

Auf ni.com können tausende Treiber für Hardware von NI und Drittanbietern kostenlos heruntergeladen werden. Sämtliche NI-Hardware wird mit kostenloser LabVIEW-Treibersoftware ausgeliefert. Falls jedoch die CD abhanden kommt oder Sie ein Upgrade benötigen, finden Sie auf ni.com stets die aktuelle Treiberversion. Viele Drittanbieter liefern ihre Messgeräte ebenfalls mit einem LabVIEW-Treiber aus. Das IDNet, das fast alle diese Treiber enthält, ist die größte Sammlung der Branche mit Treibern für tausende Messgerätemodelle zahlreicher Anbieter.

Abbildung 2: Das IDNet ist die größte Sammlung von Messgerätetreibern der Branche.

Zusätzlich zur manuellen Suche im IDNet kann auch die LabVIEW-Suchmaschine für Gerätetreiber (IDFinder) genutzt werden, um den Treiber für ein Drittanbietergerät zu finden. LabVIEW erkennt angeschlossene Messgeräte automatisch und durchsucht das IDNet nach Treibern, die der Modellnummer des Messgeräts entsprechen. Die Suchmaschine für Gerätetreiber lädt den Treiber auch herunter und installiert ihn, sodass er in kürzester Zeit bereitsteht.

Figure 3. The LabVIEW Instrument Driver Finder detects connected instruments and searches for matching drivers.

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Abbildung 3: Die LabVIEW-Suchmaschine für Gerätetreiber erkennt angeschlossene Messgeräte und sucht nach passenden Treibern.

Da alle LabVIEW-Treiber entweder durch das eigene Installationsprogramm oder den IDFinder installiert werden, ist es nicht notwendig, DLLs oder andere Dateien manuell zu installieren.


Einfacher Zugriff auf Funktionen

Sobald die Hardwaretreibersoftware installiert ist, wird sie nativ in LabVIEW integriert, wodurch eine Funktionenpalette angelegt wird, über die einfach auf Funktionen zugegriffen werden kann. Die Funktionen müssen zum Konfigurieren und Steuern der Hardware lediglich per Drag-and-drop auf das Blockdiagramm bewegt werden.

Abbildung 4: Sobald der Treiber installiert ist, kann auf die Funktionenpalette des Messgeräts zugegriffen werden.

Die Treiber können unmittelbar nach der Installation eingesetzt werden, ohne dass spezielle #include-Anweisungen hinzugefügt oder separate Dateien geladen werden müssen. Dokumentation ist nicht erforderlich, da jede LabVIEW-Funktion über ihre eigene Kontexthilfe verfügt. Sie müssen einfach nur den Mauszeiger über die Funktion bewegen, um zu erfahren, was diese bewirkt und auf welchen Parametern sie basiert.


Einfaches Überprüfen der physikalischen Verbindungen

Manche Treibersoftware bietet sogar Funktionen für das korrekte Einrichten und Überprüfen der physikalischen Verbindungen. Der Treiber NI-DAQmx beispielsweise umfasst Verbindungsdiagramme, in denen die notwendigen Verbindungen für die jeweilige Messung dargestellt werden. Durch diese Verbindungsdiagramme lässt sich viel Zeit sparen, auch ohne das Benutzerhandbuch aufschlagen zu müssen.

Abbildung 5: Einige LabVIEW-Treiber umfassen Verbindungsdiagramme zum Anbinden von Signalen.

Zudem umfasst der Treiber NI-DAQmx Testpanels für das Prüfen der vom Gerät erfassten oder erzeugten Signale sowie der physikalischen Verbindungen.

Abbildung 6: Mit den Testpanels des Treibers NI-DAQmx lassen sich Signale zügig prüfen und Fehler beheben.

 

Entwickeln mit einem konsistenten Programmieransatz

LabVIEW-Treiber abstrahieren Low-Level-Hardwarebefehle in einfach zu verstehende High-Level-Funktionen. Ein Großteil der LabVIEW-Treiber nutzt zudem einen ähnlichen Programmierrahmen. Der Anwendungsfluss beginnt in der Regel mit dem Öffnen einer Hardwareverbindung, der Konfiguration der Hardwareeinstellungen, dem Lesen und Schreiben von Messdaten von und zur Hardware und dem nachfolgenden Schließen der Hardwareverbindung. Da die meisten Treiber diesem Rahmen folgen, können neue Treiber relativ einfach eingesetzt werden, was die Entwicklungszeit verkürzt.

Abbildung 7: LabVIEW-Hardwaretreiber nutzen einen gemeinsamen Programmierrahmen.

Das gemeinsame Programmiermodell der LabVIEW-Treiber ist das Ergebnis jahrelanger Erfahrungen bei der Arbeit mit unterschiedlicher Messhardware. Die Details der Übertragung von Messdaten und der Unterschied zwischen register- und nachrichtenbasierter Hardwarekommunikation spielen für viele Anwender in der Regel keine große Rolle. Aus diesem Grund zeigen LabVIEW-Treiber normalerweise einfach zu verstehende High-Level-Operationen wie „Einzelpunktmessung lesen“ oder „Abtasttakt konfigurieren“ an, bieten jedoch auch Lower-Level-Operationen für erweiterte Funktionen wie die Synchronisation zwischen Geräten. Somit müssen sich Anwender nicht mit den spezifischen Details der Datenkommunikation zwischen der Hardware und LabVIEW beschäftigen, und auch wenn mehrere verschiedene Protokolle in einer Anwendung verwendet werden, müssen sie nur einen Programmieransatz erlernen.


Tausende Beispiele für eine schnelle Anwendungserstellung

Unabhängig davon, ob Sie LabVIEW-Einsteiger oder bereits ein erfahrener Programmierer sind, ist die NI-Suchmaschine für Beispiele eine nützliche Ressource für die Anwendungserstellung. Mit dieser Suchmaschine können Sie nach Beispielprogrammen suchen, die von der Analyse und Darstellung bis hin zur Verwendung des Gerätetreibers alle Bereiche abdecken. Sie können ein bestehendes Beispielprogramm an eine Anwendung anpassen oder Teile eines Beispiels in Ihr Programm kopieren. So müssen Anwendungen nicht mehr von Grund auf neu erstellt werden.

Figure 8. The NI Example Finder lists examples for all installed drivers. 

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Abbildung 8: Die NI-Suchmaschine für Beispiele führt Beispiele für alle installierten Treiber auf.

Jeder Treiber installiert Beispiele für die Hauptfunktionen und gängigsten Einsatzbereiche. So haben Anwender den Vorteil einer gemeinsamen API und müssen sich nicht mit unklaren, hardwareunabhängigen Beispielen herumschlagen. Jeder Treiber verfügt über individuelle Beispiele, die zeigen, wie die vom Treiber unterstützte Hardware eingesetzt werden kann.

 

Nahtlose Anbindung an LabVIEW

Aufgrund der zahlreichen Anbindungsmöglichkeiten ist LabVIEW eine ausgezeichnete Wahl für die Anbindung von Hardware an den PC. Zudem lässt sich mit den praktischen Funktionen und dem konsistenten Programmierrahmen von LabVIEW bei sämtlicher Hardware Entwicklungszeit sparen. Jedoch ist LabVIEW viel mehr als nur eine Schnittstelle für Hardware. LabVIEW umfasst zahllose integrierte Analysefunktionen, per Drag-and-drop bewegbare Bedien- und Anzeigeelemente für das Erstellen professioneller Benutzeroberflächen und die Datenvisualisierung sowie Möglichkeiten zur einfachen Datenspeicherung auf der Festplatte und zur Berichterstellung. Außerdem steht eine weltweite Anwendergemeinschaft für Zusammenarbeit und Support zur Verfügung. Aufgrund der einzigartigen Hardwareintegration und weiterer besonderer Funktionen ist LabVIEW eine branchenweit führende Softwareplattform.

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