Hardwareintegration in LabVIEW

Überblick

Ingenieure und Wissenschaftler können LabVIEW nahtlos in tausende verschiedene Hardwaregeräte integrieren. Praktische Funktionen und ein konsistenter Programmierrahmen sparen zudem für alle Hardware Entwicklungszeit.

Inhalt

Verkürzte Entwicklungszeiten durch einfachere Systemintegration

Die Systemintegration, Inbetriebnahme und Konfiguration stellt sich oft als Herausforderung dar, die mehr Zeit erfordert 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 gesucht 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 vollkommen obsolet macht und andere deutlich erleichtert.

LabVIEW kann für die gesamte Spanne der 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.

Anschluss von beliebiger Hardware

Mit LabVIEW kann jede Hardware mit einer Entwicklungsumgebung eingesetzt werden. Die Anbindung erfolgt über die Treibersoftware, die als Kommunikationsglied zwischen LabVIEW und der Hardware dient. LabVIEW-Treibersoftware ermöglicht die nahtlose Integration unterschiedlicher Messgeräte-, Bus- und Sensorarten: von Datenerfassungsgeräten, Stand-alone-Messgeräten, modularen Messgeräten, Motorsteuerungseinheiten und Motorantrieben zu Bildverarbeitungshardware, Wireless-Sensoren und FPGAs. Für den seltenen Fall, dass für ein Hardwaregerät kein Treiber existiert, können Treiber aus anderen Programmiersprachen importiert oder eigene Treiber implementiert werden.

Abbildung 1: LabVIEW kann nahtlos in tausende Mess-, Steuer- und Regelgeräte integriert werden.

Hardware von NI

NI ist einer der weltweitn Marktführer auf dem Gebiet der PC-basierten Datenerfassung und bietet eine umfassende Familie von Datenerfassungsprodukten für Desktop-, mobile, industrietaugliche und Embedded-Anwendungen. Der Treiber NI-DAQmx ermöglicht die Integration von mehr als 200 Datenerfassungsgeräten in LabVIEW über verschiedene Busse und Formfaktoren, u. a. USB, PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, Wireless und Ethernet.

Zusätzlich zur Datenerfassungshardware bietet NI weitere Hardware für Prüf-, Mess-, Steuer- und Regelanwendungen an. PXI-Geräte synchronisieren Messung, Signalerzeugung, RF-Messungen und Schaltmodule 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 einzigartige Fähigkeiten im Vergleich zu vielen traditionellen Sensoren, wie z. B. bei der Überprüfung der Objektpositionierung, Zählung von Komponenten und dem Lesen von Barcodes. Jede Hardwareart verfügt über eigene Treibersoftware für die einfache Integration in LabVIEW. Hier einige Beispiele:

  • Digitalmultimeter
  • Hochgeschwindigkeits-Digitizer (Oszilloskope)
  • RF-Signalanalysatoren
  • RF-Signalgeneratoren
  • Signalgeneratoren
  • Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O
  • Schaltmodule
  • Programmierbare Netzteile
  • Rekonfigurierbare FPGA-I/O
  • Motorsteuerungseinheiten
  • Bildverarbeitungssysteme

 

Die Treiber für diese Produkte wurden für den Einsatz mit LabVIEW konzipiert und ermöglichen den einfachen Zugriff auf alle Hardwarefunktionen. Die Treiber werden direkt in LabVIEW installiert und fügen der Funktionspalette neue Funktionen hinzu. NI-Gerätetreiber implementieren in der Regel erweiterte Funktionen wie Gerätenamen-Alias 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 Gerät angepasst werden, selbst wenn die zugrundeliegende Technologie sich drastisch verändert, wie z. B. beim Übergang von einem PCI-basierten Datenerfassungsgerät auf ein Wireless-Gerät.

Hardware von Drittanbietern

LabVIEW kann nicht nur an NI-Hardware angebunden werden, sondern auch an tausende Messgeräte von Drittanbietern. Das Instrument Driver Network (IDNet) umfasst 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 Qualitäts- und -Handhabungsstandards von NI. Des Weiteren 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 die Erstellung eines Gerätetreibers erforderlich ist. LabVIEW kann an eine Vielzahl von Gerätesteuerungsstandards angebunden werden, u. a. GPIB, seriell (RS232, RS485 und RS422), USB, VXI, PXI, Ethernet, IEEE 1394, VISA, Modbus und OPC-Server.

Zügiges Finden der passenden Treibersoftware

Auf ni.com stehen Tausende Treiber für NI- und Drittanbieterhardware zum kostenlosen Download zur Verfügung. Jegliche NI-Hardware wird mit einer kostenlosen LabVIEW-Treibersoftware ausgeliefert. Sollte die CD jedoch verloren gehen oder sollten Sie ein Upgrade benötigen, finden Sie auf ni.com die aktuellsten Treiberversionen. Viele Drittanbieter liefern ihre Messgeräte ebenfalls mit einem LabVIEW-Treiber aus. Das IDNet, das fast alle diese Treiber enthält, ist die umfassendste Sammlung der Branche mit Treibern für tausende Messgerätemodelle zahlreicher Anbieter.

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

Zusätzlich zur Suche im IDNet kann auch die LabVIEW-Suchmaschine für Gerätetreiber genutzt werden, um Treiber für Drittanbietergeräte 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 zudem herunter und installiert ihn, sodass er in wenigen Sekunden zur Verfügung steht.

[+] Bild vergrößern

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 die Suchmaschine für Gerätetreiber 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 Funktionspalette angelegt wird, auf die einfach zugegriffen werden kann. Die Funktionen müssen nur per Drag-and-drop auf das Blockdiagramm verschoben werden, um die Hardware zu konfigurieren und zu steuern.

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

Nachdem die Treiber installiert wurden, können sie eingesetzt werden, ohne dass spezielle Einfügungsanweisungen hinzugefügt oder separate Dateien geladen werden müssen. Es ist keine Dokumentation notwendig, da jede LabVIEW-Funktion über ihre eigene Kontexthilfe verfügt. Sie müssen einfach nur den Mauszeiger über die Funktion bewegen, um zu erfahren, was diese Funktion bewirkt und auf welchen Parametern sie basiert.

Einfache Überprüfung der physischen Verbindungen

Manche Treibersoftware bietet sogar Funktionen für die korrekte Einrichtung und Überprüfung der physischen 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 den Blick in das Benutzerhandbuch.

Abbildung 5: Einige LabVIEW-Treiber umfassen integrierte Verbindungsdiagramme zur Anbindung von Signalen.

Des Weiteren umfasst NI-DAQmx Testpanel für die Überprüfung der vom Gerät erfassten oder erzeugten Signale sowie der physischen Verbindungen.

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

Entwicklung 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 anschließenden Beenden der Hardwareverbindung. Da die meisten Treiber diesem Ablauf folgen, können neue Treiber relativ einfach eingesetzt werden, was zu einer verkürzten Entwicklungszeit führt.

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 „konfigurieren“ an, sie bieten jedoch auch Lower-Level-Operationen für erweiterte Funktionen wie die Synchronisation zwischen Geräten. Somit ist es nicht erforderlich, sich mit den spezifischen Details der Datenkommunikation zwischen der Hardware und LabVIEW zu beschäftigen, und obwohl in einer Anwendung verschiedene Protokolle zum Einsatz kommen können, müssen Anwender sich nur auf einen Ansatz konzentrieren.

Tausende Beispiele für eine schnelle Anwendungserstellung

Unabhängig davon, ob Sie das erste Mal mit LabVIEW arbeiten oder bereits ein erfahrener Programmierer sind, ist die NI-Suchmaschine für Beispiele eine nützliche Ressource für die Anwendungserstellung. Mit der NI-Suchmaschine für Beispiele 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. Dank der vielen Beispielprogramme müssen Anwendungen nicht mehr von Grund auf neu erstellt werden.

[+] Bild vergrößern

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 Anbindung an Tausende unterschiedliche Hardwaregeräte bietet LabVIEW die beste Möglichkeit, Hardware an den PC anzubinden. Des Weiteren spart LabVIEW durch praktische Funktionen und einen konsistenten Programmierrahmen für alle Hardware Entwicklungszeit. Allerdings ist LabVIEW viel mehr als nur eine Schnittstelle für Hardware. LabVIEW umfasst zahllose integrierte Analysefunktionen, per Drag-and-drop verschiebbare Bedien- und Anzeigeelemente für die Erstellung professioneller Benutzeroberflächen und Datenvisualisierung, Möglichkeiten zur einfachen Datenspeicherung auf der Festplatte und Berichterstellung. Außerdem steht eine weltweite Anwendergemeinschaft für Zusammenarbeit und Support zur Verfügung. Aufgrund der einzigartigen Hardwareintegration und anderer unerreichter Funktionen ist LabVIEW eine der branchenweit führenden Softwareplattformen.