Ардуино лабвью. Управление сервоприводом с помощью LabVIEW и Arduino: пошаговое руководство

Тестирование и отладка системы

После сборки и программирования системы необходимо провести ее тестирование и отладку:

1. Запустите виртуальный прибор в LabVIEW
2. Поворачивайте Dial на лицевой панели и наблюдайте за реакцией сервопривода
3. Проверьте соответствие заданного угла фактическому положению сервопривода
4. При необходимости откалибруйте систему, изменив масштаб преобразования в LabVIEW или Arduino
5. Проверьте работу системы во всем диапазоне углов от 0 до 180 градусов
6. Убедитесь в отсутствии задержек и рывков при управлении

Тщательное тестирование позволит выявить и устранить возможные проблемы в работе системы управления сервоприводом.

Оптимизация и улучшение проекта

После базовой реализации проекта можно рассмотреть следующие варианты его оптимизации и улучшения:

• Добавьте функцию плавного поворота сервопривода
• Реализуйте возможность задания последовательности движений
• Интегрируйте датчики для обратной связи по положению
• Создайте графический интерфейс для визуализации положения сервопривода
• Добавьте возможность сохранения и загрузки профилей движения
• Реализуйте управление несколькими сервоприводами одновременно

Эти улучшения сделают проект более функциональным и гибким для различных применений.

Управляем сервомашинкой из LabView / Связь железа с компьютером. / Сообщество EasyElectronics.ru

Предисловие.
Еще прошлым летом побывал я в Киеве, в магазине радио управляемых моделей. И там удалось мне купить потрепанную сервомашинку – PROTECH B-150. Вроде как механика у ней барахлила под нагрузкой, от того и списали. Но вообще рабочая, для экспериментов пригодная.

Этап 1.

Вроде бы простая штучка, но пока я додумался поменять местами RX и TX дорожки идущие к COM порту бедная микросхема MAX232 отжигала очень серьёзно (буквально обжигала пальцы и при этом не работала), так что будьте внимательней, не копируйте бездумно чужие изделия.
Вот полная схема «экспериментального стенда».

Этап 2.

// ПОРТ А             76543210
	OUTI DDRA,  0b00000000    //Направление
	OUTI PORTA, 0b11111111    //Состояние
// ПОРТ В             76543210
	OUTI DDRB,  0b00000001    //Направление
	OUTI PORTB, 0b11111110    //Состояние
// ПОРТ С             76543210
	OUTI DDRC,  0b00000000    //Направление
	OUTI PORTC, 0b11111111    //Состояние
// ПОРТ D             76543210
	OUTI DDRD,  0b00000000    //Направление
	OUTI PORTD, 0b11111111    //Состояние

Чтобы дергать ногой используем прерывания по переполнению таймера 0. Инициализируем его таким образом:

IN R16,   TIMSK  //установка только нужного бита
ORI R16,  0b00000001 //Регистр маски прерывания от таймеров 
OUT TIMSK, R16
OUTI TCCR0, 0b00000001  //Регистр управления таймером 0

Файл проекта прикреплен к посту, там вы найдете инициализацию с более чем подробными комментариями.
Немного математики. Процессор тикает 8 000 000раз в секунду. Таймер инкерментирует свой счётчик с той же частотой.
Он переполняется с частотой: 8 000 000/256 = 31250 раза в секунду. Чтобы было ясней — тридцать одну тысячу раз с небольшим за одну секунду
Нам нужно отсчитать самое малое 0,9 мс. Чтобы узнать сколько это в переполнениях таймера составляем пропорцию:
1000мс =31250перполнений
0,9мс = (0,9*31250)/1000=28 переполнений
Для получения 2-х мс соответственно (2*31250)/1000=62 переполнения
И для получения 20-ти милисекундной паузы между восходящими фронтами сигнала:
(20*31250)/1000=627. Для упрощения отсчёта я использовал 254 переполнения, работает нормально.

  SEI //Прерывания разрешены
MAIN: //Главный цикл программы
  NOP
  NOP
  JMP MAIN

В таблице прерываний дадим вектор таймеру 0:

. ORG	OVF0addr	// Timer/Counter0 Overflow
JMP Timer0Overflow

Напишем обработчик прерывания:

Timer0Overflow:          //Переполнение таймера 0
		INC FreqensyCounter  // увеличить счётчик полного периода управления
		CPI FreqensyCounter, FreqensyCounterSet //если период достигнут - 
		BREQ RestartControl  //начать новый цикл
                IN R16, PINB         // иначе проверить: бит в порту сброшен?
		CLC 
		ROR R16
		BRCS Timer0OverflowEnd  //Если нет тогда завершаем прерывание
		INC  PulsMesure       //если да тогда еще и увеличить счётчик длительности импульса
		CP  PulsMesure, PulsMesureSet //если длительность совпала с заданной -
		BRNE Timer0OverflowEnd        
                SBI  PORTB, Servo        //установить бит в порту
		RJMP Timer0OverflowEnd

RestartControl:    //новый управляющий цикл начинается
		CLR FreqensyCounter//обнулить счтчик полной длительности
		CLR PulsMesure     //обнулить счётчик длительности импульса
		CBI PORTB, Servo   //сбросить бит в порту

Timer0OverflowEnd:
RETI

Комментариев по моему достаточно, но всё же уточню, что таймер щёлкает двумя счётчиками: один отмеряет длительность управляющего сигнала (PulsMesure), второй меряет длительность паузы между восходящими фронтами (FreqensyCounter). Оба сравниваются с регистрами хранящими заданные значения (FreqensyCounterSet) и (PulsMesureSet) соответственно. Последнее следует задать в программе явно, в диапазоне от 28 до 62-х в но потом будем его менять програмно. Регистру FreqensyCounterSet просто присвоим значение 254.

.equ    PulsMesureSet =31
.equ    FreqensyCounterSet =254     

Когда совпадает счётчик длительности импульса (PulsMesure) – выставляем бит в порту и тем самым открываем транзистор, ложим сигнальную линию сервы на землю. Импульс заданной длинны передан.
Если совпадает значение полного периода (FreqensyCounter) – начинаем новый управляющий импульс: сбрасываем бит в порту, обнуляем оба счётчика и снова ждём прерывания.
Итак, порт настроен на выход, тактовый генератор сконфигурирован, таймер настроен и запущен, прерывания разрешены, обработчик написан.
Собираем схему, выходим на связь с контроллером из AVR студии по при помощи JTAG, заливаем прошивку, жмем на Play. Если всё правильно, то серва повернется на некоторый угол и останется в этом положении. Изменим текст программы, поменяв значение PulsMesureSet в рабочих пределах (28-62)снова откомпилируем программу и прошьём в контроллер — сервомашинка вертит хвостом!
Хорошо, сервозверек подает признаки жизни(очень надеюсь что таки да). Сделаем его дрессировку чуть более удобной.

Этап 3.

OUTI ADMUX,    0b00100000
BYTEMOD SFIOR, 0b00011111, 0b10011111  
OUTI ADCSRA,   0b11101110

Все коментарии в окно не влезут, я прикреплю файл с проектом к посту, там всё посмотрите.
Чтобы перезапускать преобразования, используем прерывание таймера Т0. Там ничего не надо дописывать, мы всё указали в регистрах конфигурации АЦП.
Поскольку данный этап изучения лишь промежуточный, я не задавался целю обеспечения плавного вращения сервомашинки. В связи с этим, алгоритм обработчика прерывания от АЦП выдает лишь 8 значений PulsMesureSet, в зависимости от того в какой диапазон значений попал старший байт выходного слова АЦП.

ADC_Conversion_Complete: //Преобразование АЦП завершено
		IN R16, ADCL
		IN R16, ADCH //забрали результат
		
		//Таблица поиска диапазона
		CPI R16, 32
		BRLO Step_0
	        CPI R16,    64
		BRLO Step_1
		CPI R16,    96
		BRLO Step_2
		CPI R16,    128
		BRLO Step_3
		CPI R16,    160
		BRLO Step_4
		CPI R16,    192
		BRLO Step_5
		CPI R16,    224
		BRLO Step_6
		LDI PulsMesureSet, 62
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
		

	Step_0:
		LDI PulsMesureSet, 28
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
    Step_1:
		LDI PulsMesureSet, 32
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
    Step_2:
		LDI PulsMesureSet, 36
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
    Step_3:
		LDI PulsMesureSet, 40
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
    Step_4:
		LDI PulsMesureSet, 44
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
    Step_5:
		LDI PulsMesureSet, 48
		RJMP  ADC_Conversion_Complete_End
    Step_6:
		LDI PulsMesureSet, 52
	

ADC_Conversion_Complete_End:
RETI 

Не забудьте закоментировать или удалить строку, где прописано значение регистра PulsMesureSet, вот так:

//. equ    PulsMesureSet =31

Заливаем прошивку в контроллер и крутим переменный резистор: серва отвечает короткими поворотами. Если есть желание и необходимость можно переработать алгоритм для плавного управления, но сейчас важно не это.

Этап 4.

OUTI UCSRA,      0b00000000 //можно было и не писать, но всё же... 
OUTI UCSRB,      0b11011000
OUTI UCSRC,      0b10000110
OUTI UBRRL, low(bauddivider)  //загрузка делителя частоты
OUTI UBRRH, high(bauddivider) 
//инициалаизация буфера приёма
LDI XL, low(BuferStart)
LDI XH, high(BuferStart)
LDI MesageSize, 0

Напишем обработчик прерываний:

USART_RX_Complete: //приём окончен

		IN R16, UDR
		ST X+, R16        //запись в буфер приёма
		INC MesageSize    //увеличение счётчика полученых байт
		CPI MesageSize, 2 //если получены не все байты
		BRNE USART_RX_Complete_End //завершить прерывание
		//иначе обработать посылку
                LD   R16, -X   //берем из ОЗУ младший байт
		NOP
		CLC //сброс флага переноса
                CLH //сброс флага половинного переноса
		CLZ
		SUBI R16, 48 //Вычитаем код нуля, получаем количество единиц
		LD   R17, -X   // берем из ОЗУ старший байт
		NOP
                SUBI R17, 48 //Вычитаем код нуля, получаем количество десятков
                LDI PulsMesureSet, 10 //узнаем сколько десятков
		MUL PulsMesureSet, R17 //получили десятки
		MOVW PulsMesureSet, R0 //забрали младший байт результата
		ADD PulsMesureSet, R16 //всё, посылка принята. 
		//переинициализируем буфер приёма
		LDI XL, low(BuferStart)
		LDI XH, high(BuferStart)
		LDI MesageSize, 0

USART_RX_Complete_End:
RETI

Не забудьте закоментировать инициализацию АЦП, чтобы он не совал в PulsMesureSet свои значения.
Прошивку заливаем в контроллер, запускаем терминальную программу, указываем используемый порт и скорость передачи (9600), отправляем строку со значением в рабочих пределах(28-62) – смотрим, на реакцию сервомашинки.

Этап 5.

Чтобы увеличить размер объекта наедите на него мышь — появятся синие маркеры. За них можно растащить морду этому вернеру как душа пожелает.
Добавьте на рабочую панель объект StringIndicator. Modern -> String&Pass -> StringIndicator. Он нам понадобится для просмотра промежуточного результата работы программы.
У меня получилась такая вот морда прибора (откуда взялась кнопка Стоп, и селекторы порта объясню чуть ниже.)

Теперь пришло время нарисовать программу. В главном меню LabView жмем пункт Window -> Show Block Diagram.
В рабочем пространстве алгоритма уже есть наши Dial и StringIndicator.
Сначала сделаем программную обвязку для Dial. Она должна обеспечивать выдачу в главный цикл только НОВЫХ значений длинны импульса. Иначе программа будет непрерывно передавать контроллеру одно и тоже значение, отвлекая его на прерывания из которых он ничего нового для себя не узнает. Посмотрите что должно получится, ниже я опишу что это, и как его построить.

Вначале рисуем рамочку структуры WhileLoop [1] (Панель функций ->Programming->Stuctures->WhileLoop). Всё что находится внутри этой рамочки будет циклически повторятся до тех пор пока в объект LoopCondition [9] не получит на свой вход булевое значение «True». (можно указать на что он среагирует правда/ложь вызвав его контекстное и указать вариант Stop If True / Continue If True).
Чтобы можно было остановить данный цикл (а потом и всю программу) создадим кнопку стоп, тут же в окне редактирования алгоритма: контекстное меню на LoopCondition [9] -> CreateControl. Появившуюся кнопку оттащим влево, и временно разорвем её связь: щелчок на проводе и клавиша Delete.
Внесем наш вернер (Dial) [2] в цикл. Добавим и разместим следующие объекты:
Компаратор «Не равно» [3]. Выдает True когда входящие операнды не равны друг другу. Programming->Comparison->NotEqual.
Рамочку структуры CaseStructure [4]. Выполняет тот или иной кусок кода в зависимости от варианта пришедшего на вход с зелёным знаком вопроса. В простейшем случае вариантов всего 2 — True u Fasle. Programming->Stuctures->CaseStructures
Булевое «ИЛИ» [8]. Если получает на один из своих входов True, то и на выход выдаст True. Programming->Boolean->Or.
Теперь будем постепенно связывать всё хозяйство:
1)Соединяем Dial [2] и один из входов компаратора [3].
2)Результат работы компаратора направим в CaseSelector нашей CaseStructure [4]
3)Подадим значение Dial на вход Case структуры. Тянем проводочек к краю рамочки и жмем кнопку мыши. Получившийся квадратик — это туннель. Он пропускает сквозь себя данные в конце каждой итерации программы находящейся внутри рамки.
4)Опишем случай True. Установим нужное состояние case-структуры при помощи стрелочек < > в заглавии рамки. Протянем проводочки от входного туннеля и создадим два исходящих.
Верхний туннель соединим проводочком с рамкой цикла [1]. Получился туннель, но нам нужен сдвиговый регистр. Вызываем контекстное меню на туннеле и выбираем Replase With Shift Register. Получился сдвиговый регистр [7]. Он будет сохранять в себя результат текущей итерации и передавать его на вход следующей. Теперь можно подать второй операнд на вход компаратора [3] из сдвигового регистра. Нижний туннель просто соединяем с рамкой цикла 1.
5)Вариант False изображен нижнем рисунке — полный алгоритм. Как видите, нижний выходной туннель не подключен. Чтобы программа корректно работала, следует вызвать на нём контекстное меню и дать команду «Use Defult If Unwired».
6)Теперь соединим кнопку Стоп, компаратор и элемент ИЛИ [8], результат подадим на LoopCondition [9].
7)Выведем проводок от кнопки Стоп из цикла через туннель.
Далее следует описать главный цикл программы.

Обрамляем всё ранее созданное художество циклом WhileLoop. Подсоединяем LoopCondition внешнего цикла к кнопке Стоп через ранее созданный туннель.
Как правильно добавить объекты для работы с ком портом описано сдесь. Но нам нужно не принимать, а передавать байты, поэтому вместо блока Read используем блок Write. Instrument I/O->VISA->Visa Advanced->BusSpecific->Serial->Visa Write.
Этот блок питается стрингами, то есть строками. Поэтому добавляем объект Number To Decimal String. Он получает на вход число, а на выходе отдает последовательность ASCII кодов десятичных цифр. Programming->String->String/Number Convertion->Number To Decimal String.
Соединяем выходной туннель цикла [1] c преобразователем, а от него передаем строку передатчику и индикатору.

Всё. Построение алгоритма завершено!
Перейдите на панель управления и разместите новые элементы: кнопку Стоп, поле выбора порта, и задания скорости обмена.

Как это работает?

Лучше всего и наглядней будет сделать так: в окне редактирования алгоритма нажмите кнопку с лампочкой. (Пятая в верхнем меню).
Теперь жмите кнопку со стрелкой «Run». Программа сама будет показывать в какой последовательности выполняются операции и каковы их промежуточные результаты.
Хочу отметить важный нюанс: блоки LabView выполняются только тогда когда получили на свои входы все необходимые данные.
Именно этой особенностью мы и пользуемся: если вернер не повернулся, его текущее (старое) значение не выпускается из итерации цикла, преобразователь Цифра/ASCII не получает нового задания, не выдает новой строки — передатчику нечем питаться посему он не передаёт. Но как только вернер изменил свое положение, цикл его опроса останавливается благодаря компаратору сравнишему новое и старое из сдвигового регистра, и новое значение летит в преобразователь, а от туда строка мчится в передатчик и в наш контроллер.
Схема уже собрана. Остаётся только указать в панели управления виртуального прибора задать номер порта и скорость.
Жмем на кнопку Run и смотрим на результаты наших трудов.

Архив с проектом AVR
Програмка в LabView
Очень многА букаФ получилось 🙁
Жду комментариев и замечаний.

Файлы в топике: Servo_Protech_150.JPG, RS232T.zip, Servo_Drive.zip

Компилятор Arduino для Labview

Home Edition Standard Edition

Arduino Совместимый компилятор для Labview Product of the Year Network Instrons Network !!

Компилятор Arduino для LabVIEW

Компилятор Arduino™ для LabVIEW  – это продукт, основанный на LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) от National Instruments. LabVIEW — это графический язык программирования, в котором для создания приложений используются значки вместо строк текста.

Совместимый с Arduino ^TM компилятор для LabVIEW — это компилятор, который берет программу LabVIEW, компилирует и загружает ее в цели, совместимые с Arduino ^TM . Загруженный код будет выполняться как встроенный, так и автономный на целевом устройстве Arduino. Это очень уникальный и важный шаг по сравнению с существующими продуктами, которые обеспечивают только возможность использования функции LabVIEW в качестве простого пользовательского интерфейса для работающего скетча на плате Arduino ^TM .

Доступны две версии продукта. Домашняя версия предназначена для производителей, любителей и студентов, желающих использовать графическое программирование для простых автономных встраиваемых систем на недорогом Arduino 9.0023 Аппаратное обеспечение на базе TM . Это также отличный образовательный инструмент для обучения программированию встроенного программного обеспечения студентов начального уровня с использованием графического программирования без крутой кривой обучения языку программирования C++. Стандартная версия предназначена для профессионального использования и ориентирована на приложения для испытаний и измерений.

• Снижение затрат на оборудование — используйте недорогое оборудование Arduino™ для простых приложений LabVIEW
• Готово к использованию — ВП API и функциональные палитры для взаимодействия со многими платами Arduino™ Shield
• Чрезвычайно оптимизированный — алгоритмы оптимизации памяти встроены в компилятор
• Просто как 1-2-3 — выберите ВП, выберите целевой последовательный порт, затем скомпилируйте и загрузите

Присоединяйтесь к растущему сообществу пользователей на форуме поддержки продуктов. Загрузите руководство пользователя продукта и полнофункциональный продукт в ознакомительном режиме на семь дней.

Поддерживаемое оборудование

Любое оригинальное оборудование Arduino™ может быть целью этого компилятора Arduino для LabVIEW. Однако следующие платы были полностью протестированы с компилятором. Другие платы могут работать, хотя они официально не тестировались и не поддерживаются.

• Ардуино™ Уно
• Ардуино™ Мега
• Arduino™ Due
• Ардуино™ Нано
• Ардуино™ Юнь
• Arduino™ Леонардо
• Контролино

Характеристики продукта

• Поддерживаемые собственные типы данных LabVIEW включают массивы, строки, целые числа и числа с плавающей запятой, а также логические значения
• Более 100 поддерживаемых встроенных функций LabVIEW из палитр структур, массивов, числовых, логических, строковых, сравнительных и временных палитр
• API-интерфейсы LabVIEW для доступа к цифровому вводу-выводу Arduino™, ШИМ, аналоговым входам, тон-генератору и т. д.
• Встроенные алгоритмы оптимизации памяти
• Поддержка прерываний с использованием обратных вызовов в LabVIEW
• API VI для взаимодействия со многими Arduino ^TM

Системные требования

• LabVIEW 2014 или выше
• Одна из целей Arduino™, перечисленных в разделе «Поддерживаемое оборудование».
• Arduino™ IDE версии 1.5.7 или выше (бесплатно и с открытым исходным кодом)

Если вашему приложению требуется больше мощности, чем может обеспечить микроконтроллер Arduino, мы также работаем над парой аппаратных целей, на которых вы можете развернуть LabVIEW для запуска встроенных систем. TSX-REC4 и TSX-MULTIRT. Первый представляет собой четырехъядерный процессор ARM на базе Linux и включает 20 полностью реконфигурируемых каналов. Каждый из каналов может быть настроен через веб-приложение как аналоговый вход, аналоговый выход, цифровой вход, цифровой выход или даже аналоговый переключатель. Последний представляет собой двухъядерный процессор ARM под управлением Linux, который включает в себя два мощных микроконтроллера, использующих одну и ту же шину памяти с процессором ARM. Эта архитектура позволяет развертывать LabVIEW RT для встроенной работы с производительностью в реальном времени.

Получайте обновления прямо на свой почтовый ящик

Введите ниже свой адрес электронной почты, и мы будем получать новости и обновления о компиляторе, совместимом с Arduino™ для LabVIEW.

Эл. адрес *

Если вы пропустили NIWeek 2016, это видео со всем разделом, который мы дали под названием «Объединение возможностей LabVIEW и платформы Arduino».

Загрузите полнофункциональный продукт и используйте его в ознакомительном режиме в течение семи дней!

Комплект Arduino+LabVIEW — DEV-10812 — SparkFun Electronics

Этот продукт имеет ограничения на доставку, поэтому он может иметь ограниченные варианты доставки или не может быть отправлен в следующие страны:

Устарело DEV-10812 RoHS

---

Примечание: Снятый с производства продукт
Этот продукт был изъят из нашего каталога и больше не продается. Эта страница доступна для тех, кто ищет спецификации и просто любопытных.

Избранное Любимый 0

Список желаний

Пенсионер DEV-10812 RoHS

Примечание: Снятый с производства продукт
Этот продукт был изъят из нашего каталога и больше не продается. Эта страница доступна для тех, кто ищет спецификации и просто любопытных.

• Описание
• Функции
• Документы

Замена: DEV-11225. Новая версия этого комплекта поставляется в комплекте с новым Arduino Uno R3. Эта страница предназначена только для справки.

Вы когда-нибудь получали новый датчик от SparkFun и хотели бы быстро его протестировать? Возможно, вы хотите обработать эти данные больше, чем может предоставить Arduino. Представьте, что вы получаете эти данные на свой компьютер и получаете графический интерфейс (графический пользовательский интерфейс) для вашего датчика в течение нескольких минут после открытия этой маленькой красной коробки.

NI LabVIEW — это графическая среда программирования, используемая миллионами инженеров и ученых для разработки сложных систем измерения, тестирования и управления с использованием интуитивно понятных графических значков и проводников, напоминающих блок-схемы. С помощью NI LabVIEW Interface for Arduino Toolkit теперь вы можете использовать все преимущества графического программирования NI LabVIEW для своих проектов Arduino.

Набор инструментов LIFA (интерфейс LabVIEW для Arduino) можно загрузить бесплатно, что позволяет разработчику LabVIEW легко получать данные от популярного микроконтроллера Arduino.