Ni labview. LabVIEW: мощная среда графического программирования для инженеров и ученых

Что такое LabVIEW и почему его стоит изучать. Каковы основные возможности и преимущества LabVIEW для разработки приложений. Как начать работу с LabVIEW и освоить этот язык программирования. Где можно применять LabVIEW в инженерии и науке.

Содержание

Что такое LabVIEW и для чего он используется

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) — это среда графического программирования, разработанная компанией National Instruments. Она позволяет создавать приложения для автоматизации измерений, обработки данных и управления оборудованием с помощью интуитивно понятного графического интерфейса.

Основные области применения LabVIEW:

Автоматизация измерений и тестирования
Сбор и обработка данных с датчиков
Управление промышленным оборудованием
Моделирование и прототипирование систем
Обработка сигналов и изображений
Создание виртуальных приборов

LabVIEW активно используется в науке, промышленности, образовании для решения широкого спектра инженерных и исследовательских задач.

Ключевые особенности и преимущества LabVIEW

LabVIEW обладает рядом уникальных особенностей, которые делают его мощным инструментом для разработки:

Графический язык программирования G
Обширные библиотеки для работы с оборудованием
Встроенные средства для создания пользовательских интерфейсов
Поддержка многопоточности и параллельных вычислений
Интеграция с оборудованием для сбора данных
Возможность компиляции в исполняемые файлы

Какие преимущества дает использование LabVIEW?

Высокая скорость разработки приложений
Наглядность и простота создания алгоритмов
Широкие возможности по работе с аппаратурой
Кроссплатформенность (Windows, macOS, Linux)
Масштабируемость от простых до сложных систем

Основы программирования в LabVIEW

Программирование в LabVIEW основано на парадигме потока данных и использует графический язык G. Основные элементы программы в LabVIEW:

Виртуальные приборы (VI) — аналог функций
Лицевая панель — пользовательский интерфейс
Блок-диаграмма — графический код программы
Узлы — элементы обработки данных
Терминалы — входы и выходы данных
Проводники — линии передачи данных между узлами

Программа создается путем размещения на блок-диаграмме узлов и соединения их проводниками. Выполнение происходит по принципу готовности данных.

Создание пользовательских интерфейсов в LabVIEW

LabVIEW предоставляет богатый набор инструментов для быстрого создания пользовательских интерфейсов:

Широкий выбор элементов управления и индикаторов
Графики и диаграммы различных типов
Возможность группировки и выравнивания элементов
Настройка свойств и внешнего вида компонентов

Поддержка событийного программирования

Интерфейс легко создается перетаскиванием нужных элементов на лицевую панель VI. Это позволяет быстро разрабатывать интуитивно понятные пользовательские интерфейсы.

Работа с оборудованием в LabVIEW

Одно из главных преимуществ LabVIEW — широкие возможности взаимодействия с измерительным и управляющим оборудованием:

Поддержка различных интерфейсов (USB, PCI, PXI, Ethernet и др.)
Драйверы для тысяч приборов разных производителей
Библиотеки для работы с DAQ-устройствами
Инструменты для конфигурирования оборудования
Возможность создания собственных драйверов

LabVIEW позволяет легко интегрировать в приложение сбор данных с датчиков, управление приборами, генерацию сигналов и другие аппаратные функции.

Обработка и анализ данных в LabVIEW

LabVIEW включает мощные средства для обработки и анализа данных:

Математические и статистические функции
Цифровая обработка сигналов
Спектральный анализ
Фильтрация сигналов
Регрессионный анализ
Интерполяция и аппроксимация
Обработка изображений

Встроенные алгоритмы позволяют выполнять сложную обработку данных без необходимости программирования низкоуровневых функций. Это значительно ускоряет разработку аналитических приложений.

Многопоточность и параллельные вычисления в LabVIEW

LabVIEW обеспечивает эффективную работу с многоядерными процессорами за счет:

Автоматического распараллеливания кода
Поддержки многопоточности
Инструментов синхронизации потоков
Возможности явного распределения задач по ядрам

Это позволяет создавать высокопроизводительные приложения и максимально использовать ресурсы современных компьютеров. При этом от разработчика не требуется специальных знаний параллельного программирования.

Возможности LabVIEW для разработки крупных проектов

Для работы над большими проектами LabVIEW предоставляет следующие инструменты:

Модульная структура программ
Библиотеки подпрограмм
Объектно-ориентированное программирование
Средства управления версиями
Инструменты коллективной разработки
Профилирование и отладка кода

Это позволяет эффективно создавать и поддерживать сложные многомодульные приложения силами команды разработчиков.

LabVIEW — первое знакомство / Хабр

Здравствуйте, коллеги!

В относительно небольшой статье мне хотелось бы рассказать о языке программирования LabVIEW. Этот весьма любопытный продукт к сожалению не пользуется широкой популярностью, и мне хотелось бы в некоторой степени восполнить имеющийся пробел.

Что же такое «LabVIEW»?

LabVIEW — это один из основных продуктов компании National Instruments. Прежде всего надо отметить, что LabVIEW — это аббревиатура, которая расшифровывается как Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench. Уже в названии прослеживается ориентация на лабораторные исследования, измерения и сбор данных. Действительно, построить SCADA — систему в LabVIEW несколько проще чем при использовании «традиционных» средств разработки. В данной статье мне хотелось бы показать, что возможная область применения LabVIEW несколько шире. Это принципиально иной язык программирования, или если хотите целая «философия» программирования. Функциональный язык, заставляющий несколько иначе мыслить и порой предоставляющий совершенно фантастические возможности для разработчика. Является ли LabVIEW языком программирования вообще? Это спорный вопрос — здесь нет стандарта, как, например ANSI C. В узких кругах разработчиков мы говорим, что пишем на языке «G». Формально такого языка не существует, но в этом и заключается прелесть этого средства разработки: от версии к версии в язык вводятся всё новые конструкции. Сложно представить, что в следующей реинкарнации Си появится, например, новая структура для for-цикла. А в LabVIEW такое вполне возможно.

Впрочем надо заметить, что LabVIEW входит в рейтинг языков программирования TIOBE, занимая на данный момент тридцатое место — где-то между Прологом и Фортраном.

NI LabVIEW — история создания

Компания National Instruments была создана в 1976 году тремя основателями — Джеффом Кодоски (Jeff Kodosky), Джеймсом Тручардом (James Truchard) и Биллом Новлиным (Bill Nowlin) в американском городе Остин (Austin), штат Техас. Основной специализацией компании являлись инструментальные средства для измерений и автоматизация производства.

Первая версия LabVIEW увидела свет спустя десять лет после создания компании — в 1986 году (это была версия для Apple Mac). Инженеры NI решили бросить вызов «традиционным» языкам программирования и создали полностью графическую среду разработки. Основным идеологом графического подхода стал Джефф. Год за годом выпускались новые версии. Первой кроссплатформенной версией (включая Windows) была третья версия, выпущенная в 1993 году. Актуальной на данный момент является версия 8.6, вышедшая в прошлом году.

В Остине и по сегодняшний день располагается головной офис компании. Сегодня в компании работают почти четыре тысячи человек, а офисы находятся почти в сорока странах (есть также офис и в России)

Моё знакомство с LabVIEW

Моё знакомство с LabVIEW произошло почти десять лет назад. Я начал трудиться по новому контракту, и мой тогдашний шеф вручил мне пачку дисков со словами «теперь ты будешь работать на этом».

Я установил LabVIEW (это была пятая версия), и поигравшись некоторое время заявил, что на ЭТОМ ничего серьёзного не сделать, уж лучше я «по старинке» на Delphi… На что он мне сказал — ты просто не распробовал. Поработай недельку-другую. Через некоторое время я пойму, что ни на чём другом, кроме LabVIEW, я уже писать не смогу. Я просто влюбился в этот язык, хотя это и не была «любовь с первого взгляда».

Вообще говоря, довольно сложно сравнивать графический и текстовый языки программирования. Это, пожалуй, сравнение из разряда «PC» против «MAC» или «Windows» против «Linux» — можно спорить сколько угодно, но спор абсолютно лишён смысла — каждая система имеет право на существование и у каждой найдутся как сторонники так и противники, кроме того у каждого продукта своя ниша. LabVIEW – всего лишь инструмент, хотя и весьма гибкий.

Так что же такое LabVIEW?

LabVIEW — это кроссплатформенная графическая среда разработки приложений. LabVIEW — в принципе универсальный язык программирования. И хотя этот продукт порой тесно связан с аппаратным обеспечением National Instruments, он тем не менее не связан с конкретной машиной. Существуют версии для Windows, Linux, MacOS. Исходные тексты переносимы, а программы будут выглядеть одинаково во всех системах. Код, сгенерированный LabVIEW также может быть также исполнен на Windows Mobile или PalmOS (справедливости ради надо отметить, что поддержка PalmOS прекращена, впрочем здесь сама Palm больше виновата). Этот язык может с успехом использоваться для создания больших систем, для обработки текстов, изображений и работы с базами данных.

LabVIEW — весьма высокоуровневый язык. Однако ничто не мешает включать «низкоуровневые» модули в LabVIEW-программы. Даже если вы хотите использовать ассемблерные вставки — это тоже возможно, надо лишь сгенерировать DLL и вставить вызовы в код. С другой стороны, высокоуровневый язык позволяет запросто производить весьма нетривиальные операции с данными, на которые в обычном языке могли уйти многие строки (если не десятки строк) кода.

Впрочем, ради справедливости надо отметить, что некоторые операции низкоуровневых языков (например, работу с указателями), не так просто реализовать в LabVIEW ввиду его «высокоуровневости». Разумеется, язык LabVIEW включает основные конструкции управления, имеющие аналоги и в «традиционных» языках:

переменные (локальные или глобальные)
ветвление (case structure)
For – циклы с проверкой завершения и без.
While – циклы
Группировка операций.

LabVIEW – программа и возможности языка

В LabVIEW разрабатываемые программные модули называются «Virtual Instruments» (Виртуальные Инструменты) или по-простому VI. Они сохраняются в файлах с расширением *.vi. VIs – это кирпичики, из которых состоит LabVIEW – программа. Любая LabVIEW программа содержит как минимум один VI. В терминах языка Си можно достаточно смело провести аналогию с функцией с той лишь разницей, что в LabVIEW одна функция содержится в одном файле (можно также создавать библиотеки инструментов). Само собой разумеется, один VI может быть вызван из другого VI. В принципе каждый VI состоит из двух частей — Блок-Диаграмма (Block Diagram) и Передняя Панель (Front Panel). Блок-диаграмма — это программный код (точнее визуальное графическое представление кода), а Передняя панель — это интерфейс. Вот как выглядит классический пример Hello, World!:

В основе LabVIEW лежит парадигма потоков данных. В вышеприведённом примере константа и терминал индикатора соединены между собой линией. Эта линия называется Wire. Можно назвать её «проводом». По проводам передаются данные от одних элементов другим. Вся эта концепция называется Data Flow. Суть Блок Диаграммы — это узлы (ноды), выходы одних узлов присоединены ко входам других узлов. Узел начнёт выполнение только тогда, когда прибудут все необходимые для работы данные. На диаграмме вверху две ноды. Одна из них — константа. Этот узел самодостаточен — он начинает выполнение немедленно. Второй узел — индикатор. Он отобразит данные, которые передаёт константа (но не сразу, а как только данные прибудут от константы).

Вот чуть более сложный пример: сложение и умножение двух чисел. В традиционных языках мы напишем что-то вроде

int a, b, sum, mul; //... sum = a + b; mul = a * b;

Вот как это выглядит в LabVIEW:

Обратите внимание на то, что сложение и умножение автоматически выполняются параллельно. На двухпроцессорной машине будут автоматически задействованы оба процессора.

А вот как выглядят while / for циклы и if / then / else структура:

Как уже упоминалось, все элементы будут выполняться параллельно. Вам не нужно задумываться о том, как распараллелить задачу на несколько потоков, которые можно выполнять параллельно на нескольких процессорах. В последних версиях можно даже явно указать на каком из процессоров должен выполняться тот или иной while-цикл. Сейчас существуют надстройки и для текстовых языков, позволяющие запросто добиться поддержки многопроцессорных систем, однако так просто, как на LabVIEW, это пожалуй нигде не реализовано. (ну вот, я всё же скатился на сравнение с текстовыми языками). Если уж мы заговорили о многопоточности, то надо также отметить, что в распоряжении разработчика богатый выбор инструментов для синхронизации потоков — семафоры, очереди, рандеву, и т.д.

LabVIEW включает в себя богатые наборы элементов для построения пользовательских интерфейсов. Уж на что быстро «набрасывались» интерфейсы в Дельфи, а в LabVIEW этот процесс происходит ещё стремительнее.

Стандартная поставка LabVIEW включает в себя также блоки для работы с ini файлами, реестром, функции для работы с двоичными и тестовыми файлами, математические функции, мощные инструменты для построения графиков (а куда же без этого в лаборатории-то), а в дополнение к уже упомянутой возможности вызовов DLL, LabVIEW позволяет работать с ActiveX компонентами и .net. Начиная с восьмой версии в LabVIEW была добавлена поддержка классов — язык стал объектно-ориентированным. Реализованную поддержку нельзя назвать полной, однако основные черты объектно-ориентированных языков — наследование и полиморфизм присутствуют. Также функциональность языка можно расширить дополнительными модулями, например NI Vision Toolkit – для обработки изображений и машинного зрения и другие. А при помощи модуля Applcation Builder можно сгенерировать исполняемый exe-файл. С помощью Internet Toolkit можно работать с ftp серверами, c помощью Database Connectivity Toolkit — с базами данных и т.д.

Часто можно услышать мнение, что графический код плохо читаем. Действительно, с непривычки обилие иконок и проводников несколько шокирует. Также начинающие разработчики создают программы-«простыни» и программы-«спагетти». Однако опытный LabVIEW-разработчик никогда не создаст диаграмм, превышающих размер экрана, даже если программа состоит из сотен модулей. Хорошо разработанная программа фактически «самодокументируется», поскольку в основе уже лежит графическое представление.

Довольно долгое время, программируя на LabVIEW, я пребывал в полной уверенности, что LabVIEW — это интерпретатор и блок-диаграммы постоянно интерпретируются ядром. После разговоров с инженерами NI выяснилось, что это не так. LabVIEW — это компилятор (качество кодогенерации, впрочем оставляет желать лучшего). Зато компиляция происходит «на лету» — в любой момент разработки программа всегда готова к запуску. Также LabVIEW-код может быть скомпилирован в полноценный исполнямый файл, который может быть запущен на компьютере без установленной LabVIEW (правда он требует LabVIEW Run-Time). Также можно собрать установочный пакет-инсталлятор, сторонних утилит типа InstallShield при этом не требуется.

Дальнейшее и более детальное описание возможностей пакета выходит за рамки данной статьи, я же просто предлагаю попробовать (ссылки даны ниже). Как говорили великие «… единственный способ освоить новый язык программирования — писать на нём программы». Ну а опытные программисты смогут экстраполировать полученные знания на свои собственные нужды.

Ссылки по теме

На английском языке:

www.ni.com — Cайт компании National Instruments
Всё про LabVIEW от производителя
Демо-версия (надо зарегистрироваться)
LabVIEW-форум (присутствуют разработчики)

По-русски:

Среда графического программирования LabVIEW
Вводный курс в LabVIEW (PDF 1 MB)

Разработка с помощью National Instruments LabVIEW

class=»page-title-holder leading-normal mb-1″>

Программное обеспечение и технологии Vernier

и программное обеспечение National Instruments LabVIEW™ помогают преподавателям подготовить учащихся к их академическому и профессиональному будущему с помощью практических проектов по программированию. Эти задания побуждают учащихся автоматизировать, тестировать, измерять, анализировать и понимать данные датчиков с использованием технологии Vernier и программного обеспечения LabVIEW.

Почему стоит выбрать NI LabVIEW и Vernier

Программное обеспечение Vernier и LabVIEW помогает учащимся глубже понять технологию датчиков и сбора данных. Датчики Vernier можно использовать во многих учебных заведениях, включая биомедицинскую инженерию, измерения и контрольно-измерительные приборы, физику и химию.

Преимущества

Познакомьте учащихся с передовым программным обеспечением, используемым исследователями и профессиональными инженерами.
Поскольку учащиеся используют программное обеспечение LabVIEW и датчики Vernier для автоматизации, тестирования, измерения и анализа данных, они получат ценный опыт сбора данных.
Датчики Vernier LabQuest ^® легко подключаются к оборудованию для сбора данных.
Учащиеся могут интегрировать данные с беспроводных датчиков в свои проекты LabVIEW, используя семейство датчиков Go Direct ^®.
LabVIEW поддерживает датчики Vernier, используемые в биомедицинской инженерии, химии, физике, измерениях и приборостроении и т. д.
Преподаватели могут загрузить нашу бесплатную тетрадь с упражнениями, чтобы помочь учащимся начать работу с программным обеспечением LabVIEW с технологией Vernier.

Начало работы

Познакомьте своих учащихся с программированием в программном обеспечении LabVIEW с помощью этой бесплатной электронной книги от Vernier, которая включает серию практических упражнений с использованием датчика температуры, микрофона и интерфейса Vernier.

Бесплатная электронная книга

Виртуальный прибор (VI) для загрузки знакомит учащихся с программированием с использованием программного обеспечения LabVIEW и датчиков Vernier.

Просмотреть загрузки

Установка NI LabVIEW

Установка National Instruments LabVIEW 2011 в системах инженерного колледжа под управлением Microsoft Windows XP/Vista/7

Обзор лицензии NI Academic Site License
Государственный университет Сан-Диего, инженерный колледж, имеет лицензию для учебных заведений, которая разрешает использование программного обеспечения National Instruments на компьютерах и ресурсах, принадлежащих университету/колледжу. Ознакомьтесь с приведенной ниже информацией, чтобы узнать, как получить и использовать такие программные продукты, как NI LabVIEW и NI Multisim, для ваших академических нужд.

Что такое LabVIEW?
LabVIEW — это полноценная среда разработки, созданная специально для повышения производительности пользователей и предоставления им всех инструментов, необходимых для проектирования, создания прототипов и создания систем измерения и управления. Он обеспечивает беспрецедентную интеграцию аппаратного и программного обеспечения и гибкую графическую среду разработки, которые снижают сложность и сокращают время разработки и развертывания. LabVIEW вдохновляет вас на решение проблем, повышает вашу производительность и дает уверенность в постоянном внедрении инноваций. Узнайте больше о LabVIEW на сайте ni.com/labview.

Лицензия LabVIEW на преподавание и исследования для инженерного колледжа Университета штата Сан-Диего
Любой преподаватель или исследователь может воспользоваться этой лицензией для использования в классе, вычислительной лаборатории или учебной лаборатории, чтобы добавить практическое обучение по нескольким научным и инженерным дисциплинам. Кроме того, любой исследователь или аспирант, проводящий исследования, может использовать эту лицензию в условиях академической исследовательской лаборатории. Преподаватели и исследователи также могут устанавливать программное обеспечение на свои ПК для подготовки учебных программ и проведения исследований. Лицензия включает доступ к LabVIEW и дополнительному программному обеспечению NI.

Лицензия на обучение Multisim для инженерного колледжа Университета штата Сан-Диего
Любой инструктор может воспользоваться этой лицензией для использования в классе, вычислительной лаборатории или учебной лаборатории, чтобы добавить практическое обучение электротехнике, энергетике и электронной технике. концепции. Преподаватели также могут устанавливать на свои компьютеры программное обеспечение для подготовки учебных программ. Лицензия включает доступ к LabVIEW и дополнительному программному обеспечению NI.

Право на использование
1. Программное обеспечение NI по лицензии Academic Site License может использоваться только в академических целях.
2. Пользователи должны быть наняты или активно зачислены на занятия в Государственный университет Сан-Диего, Инженерный колледж .
3. Профессора, преподаватели, аспиранты и исследователи могут устанавливать программное обеспечение на компьютеры, принадлежащие их университетам/колледжам, но не на свои собственные ПК.
4. Студенты бакалавриата могут использовать программное обеспечение на компьютерах, принадлежащих университету/колледжу, в учебных или лабораторных условиях.
Если вы хотите использовать программное обеспечение NI в коммерческих/промышленных целях или в других целях, не предусмотренных лицензией, вы должны заключить отдельное лицензионное соглашение с NI.

Варианты установки для учащихся
Студенты бакалавриата могут установить и активировать программное обеспечение на своих ПК для учебных целей или приобрести LabVIEW со скидкой вместе с LabVIEW Student Edition.

Учебные ресурсы — онлайн

Преподаватели и аспиранты — вы имеете право на самостоятельное онлайн-обучение NI, но вы должны сначала создать профиль пользователя NI, а затем зарегистрироваться в качестве конечного пользователя лицензии академического сайта <они должны связаться с вами, администратором, чтобы получить серийный номер для регистрации>.
Студенты бакалавриата — ni.com/students/learnlabview
Получите доступ к бесплатным онлайн-модулям самостоятельного обучения для LabVIEW и другого программного обеспечения NI. Посмотрите видеоролики о начале работы с LabVIEW, чтобы студенты могли приступить к работе с LabVIEW.

Драйверы устройств NI
Посетите ni.com/drivers, чтобы загрузить отдельные драйверы устройств для приборов NI и драйверы для приборов сторонних производителей.

Чтобы установить LabVIEW 2011, следуйте приведенным ниже снимкам экрана.

1) Запустите установщик с DVD и нажмите Install NI Software

2) Нажмите Далее>>

3) Примите выбор по умолчанию, как показано, и нажмите Next>>

4) Введите следующие два серийных номера: M76X69128 и M76X63665

5) Выберите отдельные продукты, которые вы хотите установить, и нажмите Next>>

6) Примите выбор по умолчанию, как показано, и нажмите 9. 0177 Следующий>>

7) Дождитесь завершения диалогового окна Уведомления о продукте и нажмите Далее>>

8) Нажмите Далее>> для продолжения

9) Укажите полный путь, по которому вы хотите установить LabVIEW, и нажмите Next>>

10) Примите три лицензионных соглашения и нажмите Далее>> для продолжения

11) Примите следующие два лицензионных соглашения и нажмите Next>> для продолжения

12) Введите собственные учетные данные пользователя ni.com (не [email protected]) и нажмите Next>> для продолжения.
Если у вас нет существующей учетной записи пользователя ni.com, выберите ее для быстрого создания, как показано на рисунке 9.0112 ниже.

13) Снимите флажок Я студент , если вы не являетесь студентом SDSU (т.