sapt proiect

7/25/2019 SAPT Proiect

1/26

Reprezentarea caracteristicilor MEMS prin

intermediul LabVIEW

Indrumator Studenti

As.drd.ing Stanciu Elena Alina Nae Adrian

Nancu Danut-Gabriel

Vrabie Silviu


2/26

Cuprins

1.Introducere in LabView..3

2.Descriere MEMS..10

3.Instrumentul Virtual17

4.Descrierea Blocurilor..21

5.Schema Electrica....24

6.Cablajul Imprimat..25

7.Bibliografie.26


3/26

1.Introducere in LabView

LabView este un mediu de dezvoltare foarte performant pentru crearea de aplicatii

complexe care interactioneaza cu date si semnale din lumea reala, din campuri ca stiinta sau

inginerie.

Limbajul graphic folosit este denumit generic G.Initial lansat pentru Machintosh in1986, LabView este frecvent folosit pentru achizitii de date ca instrument de control si

automatizari industriale pe o arie larga de platforme, inclusive Microsoft Windows, Unix, Linux

si chiar MacOs.

Combinnd unele periferice performante cu facilitile de calcul, afiare i

conectivitate ale calculatoarelor, foarte populare, acest sistem centrat n jurul unui

software de aplicaie oferea funciile unui instrument dedicat, deosebit de performant, la

un pre redus. Flexibilitatea total n configuraie i mecanismul matematic deosebit de

puternic au fost argumente puternice n favoarea acestui soft specializat. Este o abordare

revoluionar a ingineriei software: este un mediu de programare grafic. Ofer

flexibilitatea unui limbaj de programare puternic, fr ca utilizatorul s scrie mcar un rnd

de cod-program.

Ofer avantajele semnificative ale unui mediu multitasking, putnd rula

simultan mai multe instrumente virtuale sau instane ale acestora. Fluxul de date

schiat n diagrama funcional specific implicit ioperaiilece se executsimultan. Avnd

un design modular, existposibilitatea ca orice instrument virtual deja creat spoatdeveni

o componenta alteia.


4/26


5/26

Panoul Frontal

Panoul Frontal definete interfaa grafic cu utilizatorul sau ceea ce va vedea

utilizatorul pe ecranul calculatorului. Obiectele grafice de interfa disponibile pentru

realizarea panoului frontal se mpart n controale si indicatoare. Prin intermediul controalelor,

utilizatorul introduce sau actualizeaz valorile datelor de intrare (obiecte de tip Get);indicatoarele sunt folosite pentru a se afia rezultatele prelucrrilor (obiectelor de tip

Say). Dac IV se privete ca sub IV (deci ca subrutin), atunci controalele corespund

parametrilor formali de intrare, iar indicatoarele sunt parametri formali de ieire.

Mediul LabView ofer dezvoltatorului de aplicaii o colecie de obiecte

predefinite pentru proiectarea panoului frontal : butoane, comutatoare, cursoare, obiecte

pentru reprezentri grafice, rezervoare s.a.

Sunt disponibile controale i indicatoare pentru majoritatea tipurilor de date:

numeric, ir de caractere, boolean, tabel, tablou, grupare de date, grafic, s.a. Pentru un

anumit tip de date sunt disponibile mai multe variante de controale i indicatoare,

utilizatorul putnd sopteze pentru cea mai sugestivrealizare.

Semnificaia elementelor din caseta cu controale i indicatoare este urmatoarea:

Componente numerice;

Componente booleene;

Componente irde caractere itabel;

Lista cu opiuni: lista circular/ inel, meniuri derulante, cutie list;

Tablou igrupare de date;

Reprezentri grafice;

Cale de fiier;

Elemente decorative;

Componente utilizator;

Componente pentru suport ActiveX;

Opiunipentru selectarea unui control stocat ntr-un fiier.


6/26

Diagrama Bloc

Prii din interfaa grafic cu utilizatorul, dat de panoul frontal, i corespunde

diagrama bloc, care reine codul programului idefinete funcionalitatea IV.

Elementele utilizate la realizarea diagramei bloc sunt clasificate n trei grupe generale:

1. noduri;

2. terminale;

3. fire.

1. Nodurile sunt elemente de execuie din limbajul G, ale unui IV. Nodurile din limbajul G

corespund operatorilor, funciilor predefinite, instruciunilor, subrutinelor realizate de

utilizator din limbajele convenionale de programare structurat.

Exista apte tipuri de noduri:

Funcii predefinite;

Subrutine;

Instruciunipentru controlul execuiei programelor;

Formule de calcul;

Noduri proprietate;

Variabile locale i globale;

Un nod se execut doar n momentul, n care exist valori disponibile pentru toiparametrii

de intrare; date-rezultat sunt furnizate simultan n exterior, doar dupce toate operaiile din

corpul nodului s-au realizat.

2. Terminalele reprezintporiprin intermediul crora se realizeaztransferul datelor:

- ntre Panoul Frontal iDiagrama Bloc (bidirecional);

- ntre nodurile Diagramei Bloc (unidirecional).

Terminalele se regsesc n diagrama IV i au asociat o reprezentare grafic sugestiv.

Exista 4 tipuri de terminale:

- asociate controalelor iindicatoarelor din panoul frontal;


7/26

- asociate nodurilor;

- constante;

- particulare instruciunilor pentru controlul execuiei programelor. Cele 4 tipuri se grupeaz

n :

- terminale surs;

- terminale destinaie.

3. Firele, definesc ireprezintgrafic fluxul datelor (ntre noduri se realizeazschimbul

de informaii) n diagrama bloc. Fluxul datelor este de la terminalele sursa spre terminaleledestinaie.

Fiecare tip de dat este codificat cu ajutorul culorilor dup cum se observ i n figura de

mai jos :


8/26

Pictograma si conectorul.

Prin stabilirea pictogramei i conectorului, acel instrument virtual va putea fi folosit ca

i subrutinn diagrama bloc a altui IV.

Ferestrele Panoului frontal i ale Diagramei bloc din IV posed fiecare cte obar orizontal cu unelte. Aceste bare cu unelte sunt implementate prin intermediul unor

butoane, liste derulante sau indicatoare de stare, utilizate pentru editarea, trasarea iexecuia

unui IV. O parte din opiunile celor doubare cu unelte sunt comune i anume cele dispuse n

partea dreapta barei.

Bara de unelte

a b c d e f g h

Pictograma/Conectorul

Prin pictograma este reprezint un VIin cadrul altei diagrame bloc

Prin intermediul conectorilor sepermite conectarea VI-ului initial casubVI in cadrul unui nou VI

icon

connector

terminals

i j k


9/26

Indicator de atentionare

Semnificaia butoanelor este urmtoarea :

(a)rulare IV

(b) - rulare continua unui IV

(c)Oprirea rulrii unui IV

(d)pauzn rularea unui IV

(e) - front control

(fh) - butoane utilizate pentru ordonarea i configurare

(i)regim de rulare cu afiarea fluxurilor

(j l) trasare interactiv (programul ateapt ca utilizatorul s indice execuia

Enter


10/26

2. MEMS (Microelectromechanical Systems)

Sistemele microelectromecanice (MEMS) reprezinta tehnologia de dispozitive foartemici, proiectate la nano-scar n sistemele nanoelectromecanice (NEMS) i nanotehnologice.MEMS sunt, de asemenea, menionate ca micromaini (n Japonia), sau tehnologia de sisteme

micro - MST (n Europa).

n timp ce elementele funcionale ale MEMS sunt miniaturizate (structuri, senzori,elemente de acionare), cele mai notabile elemente sunt microsenzorii i microactuatorii.

Aceste sisteme pot simi, controla i activa procesele mecanice de pe scaramicroscopic, funcioneaz n mod individual sau n matrice pentru a genera efecte pe scaramare. Aplicaiile acestuia sunt numeroase i pot fi regsite in diferite domenii, sub form deaccelerometre, micro-roboi, senzori de presiune, micro-motoare etc.

MEMS-ul ales de noi pentru implementarea proiectului este STEVAL-MKI101V1.Este un

giroscop analogic pe 2 axe format dintr-un actuator i un accelerometru, integrate ntr-osingur structur de dimensiuni microscopice,care are 2 moduri de functionare analog(AWM) sidigital(DWM).

Placuta de demonstratie STEVALMKI101V1a fost creata pentru a asigura utilizatorului

o platforma gata de uz pentru aplicatiile cipului din familia LPY450AL.

Kitul cuprinde un elemnt sensibil si o interfata capabila de a translata informatia de la

elemntul sensibil intr-un semnal masurabil,care poate fi folosit pentru diverse aplicatii.

In afara de senzorul MEMS placa de demonstratie foloseste si un microcontroler ST7,

care functioneaza precum un pod intre senzor si PC.Aceasta face posibil descarcarea de pe sitea interfetei grafice pentru a crea aplicatii personalizate.

Placa a fost creata pentru a functiona in cele 2 moduri:

1. In modul analog(AWM), microcontrolerul de pe placa este dezactivat, iar iesirile analogice

sunt disponibile utilizatorului printr-un conector dedicat.

2.In modul digital(DWM), microcontrolerul este activat, iar utilizatorul are posibilitatea de a

achizitiona semnale digitale si de a le vedea pe PC prin intermediul GUI si de a controla pinii de

control ai dispozitivului.

LPY450AL:

Cipul LPY450AL are o scala de 500 dps,si este capabil de a detecta ratele de -3dB cu o

latime de banda de 140 Hz.Alimentarea se face intre 2.7 si 3.6 V,iar functionarea sa in conditii

normale are loc intre -40 si +85 de grade Celsius.Prezinta o stabilitate ridicata si are 2 iesiri

separate care amplifica X1respectiv X4.


11/26

Este avantajos datorita consumului redus de energie si,datorita rezistentei foarte mari la socuri

si vibratii.

Atribuirea pinilor pentru intagratul LPY450AL:

Descrierea pinilor:


12/26

Caracteristicile electrice ale MEMS-ului pentru o tensiune tipica de alimentare de 3V si o

temperatura de lucru de 25C sunt urmatoarele:

1. Tensiuni de lucru: 2,7-3,6V;

2. Temperatur de lucru: -40oC - +85

oC

3. Ieiri separate pentru fiecare ax (semnal neamplificat i semnal amplifcat de patru

ori)

4.

Filtre trece-jos integrate

5. Rezisten la ocuri i vibraii puternice

6. Consum sczut de energie

Acest tip de MEMS este utilizat n aplicaii precum:

1. Sisteme de navigaie GPS

2. Controlul micrii

3. Telecomenzi i controlere de joc


13/26

Schema bloc a placii de demonstratie STEVAL-MKI101V1:

Iesirile analogice sunt valabile printr-un conector dedicat.Microcontrolerul de pe placa

achizitioneaza si face un proces de conversie pentru transformarea semnalelor din semnale

analogice in semnale de tip digital.

DFU(Device Firmware Upgrade) permite upgrade-ul de soft pentru microcontrolerul ST7,

cand unul nou este disponibil.

Placuta de demonstratie vazuta de sus:


14/26

Schema electrica a placutei de demonstratie

Moduri de lucru

Placuta este realizata pentru a putea lucra in 2 moduri analog si respectiv digital,pentruca aceste moduri sa poata fi disponibile trebuiesc setati corect jumperii JP4,JP5,JP7 si repesctiv

JP1 si JP6.

1.Modul analog:

Acest mod este valabil atunci cand se realizeaza conexiunea la PC sau cand alimentarea

este aplicata pe J10.Microcontrolerul este dezactivat,iar dispozitivul se comporta confrom

setarilor,jumperilor de pe placa.

In acest mod PD (Power Down), SF (Self Test) si HP (High Pass Filter) sunt controlatidirect de catre jumperii JP4,JP5,JP7,dupa cum se poate observa in tabelul de mai jos:


15/26

Semnale analogice pot fi masurate pe pinul 3 care este marcat cu OUT1 si pinul 4 marcat OUT2numai pentru dispositive cu o singura axa si pinul 1 marcat GND.

Jumperii 1 si 6 permit utilizatorului sa selecteze ce semnal este valabil la iesire prin J3.

Jumperii 8 si 9 permit activarea sau dezactivarea filtrelor trece-sus si trece jos,pentru

iesirile Out 2 si Out 1.


16/26

2.Modul Digital:

Cand placa ruleaza in modul digital poate fi controlata direct de pe PC.Canalul USB

functioneaza ca o interfata intre PC si kit-ul de demonstratie.Microcontrolerul preia avantajulconvertotului sau analog/digital de 8 biti pentru a citi valorile analogice si pentru a le transmite

mai departe catre PC prin intermediul canalului USB.

Pentru ca placa sa functioneaze in modul digital jumperii trebuiesc setati ca in tabelul de mai

jos:


17/26

3.Instrumentul virtual

Detectarea micrii pe cele dou axe va fi ilustrat i interpretat cu ajutorul unui

instrument virtual personalizat creat in LabVIEW.

Micarea MEMS-ului pe cele dou axe va fi evideniat prin variatia a doua semnale deieire la bornele LPR. Cele dou semnale vor condiiona , in urma prelucrrii acestora in

LabView, aprinderea respctiv stingerea a dou LED-uri menite s detecteze comportamentul

MEMS-ului.Conexiunea MEMS Labview este posibil datorit existenei blocului DAQ

Assistant.

Funcia VI-ului este aceea de detectare, comparare i semnalizare a deplasrii memsului

pe cele dou axe.

Detectarea semnalelor se realizeaz prin intermediul sectorului de achiziii de date

reprezentat de DAQ Assistant. Acesta recepioneaz n timp real semnalele analogice de pe

placa de achiziii de date.

Schema Bloc


18/26

Panoul Frontal

Diagrama Bloc


19/26

Instrumentul virtual conine elemente dublate, fiecare din cele dou structuri fiind

destinate detectrii micrii pe una din cele dou axe.

Pentru ca DAQ Assistant sfie capabil sa primeasc semnale, se fac urmtoarele setri:

- Acquire Signals

- Analog Input

- Voltage

- Se aleg pinii de conectare la placa de achiziii

- DMM

- Finish

Celelate setri rmn neschimbate.

Configurare DAQ Assistant Analogic Input


20/26

Setarea celui de-al doilea DAQ Assistant se face asemntor cu primul .

Generate Signals

Digital Output

Line Output

Se aleg pinii de conectare la placa de achiziii

Finish

Pinii pentru datele de intrare/ieire vor fi alei in funcie de configuraia plcii de

achiziie. Descrierea pinilor este gsit cu ajutorul aplicaiei NI MAX, aplicaie care ine evidena

dispozitivelor conectate/folosite sau consultnd ghidul NI USB-6008/6009 User Guide andSpecifications.

Descrierea pinilor NI USB-6008/6009

Rularea programului in mod continuu este asigurat de ncadrarea elementelor

componente ale diagramei bloc ntr-o bucl While. Controlul buclei i al programului n sine,este fcut cu butonul de Run al VI-ului i cu butonul de Stop din Front Panel.


21/26

4.Descrierea Blocurilor

1. DAQ Assistant: este folosit la achizitia semnalelor provenite de la diferite surse exteren,

MEMS ul in cazul de fata.Prin configurarea blocului DAQ Assistant se stabilesc ratele,

numarul de esantioane, timeout-ul, dar totodata se pot detecta si erorile de intrare,

respective erorile de iesire ale semnalelor.

2. WaveForm Chart : Contine informatii referitoare la amplitudinea semnalului analizat si

inafara de acestea mai ofera si informatii de temporizare.In Waveform chart pot fi

vizualizate formele de unda ale semnalului,dar si limita superioara, cea inferioara cat si

intervalul de timp.

3. Amplitude and Levels: bloc functional care furnizeaz amplitudinea, si strile High i Low

ale unui semnal. Semnalul recepionat la intrare este analizat si sunt identificate cele dou

praguri ale acestuia. Cele dou valori vor fi reprezentate numeric, separat, conectnd la

iesirile High State level, respectiv Low State Level.

4.Array Max&Min:returneaza valoarea minima, respective valoarea maxima a unui vector, cu

indexul specifica fiecaruia


22/26

5.Greater ? : operator de comparare care returneaza TRUE daca x>y.In caz contrar returneaza

FALS

6.Add Function: operator care realizeaza suma celor doua intrari.X si Y trebuie sa fie de acelasi

tip.

7. Build Aray: concateneaza mai multi vectori sau adauga mai multe elemente unui vector cu

n dimensiuni.

8.Less? : operator de comparare care returneaza TRUE daca X>Y, respective FALSE in caz

contrar.

9.Boolean: valoare de tip Boolean ce poate avea doua valori posibile TRUE sau FALSE

10.Dial: operator de comparare care poate lua o valoare cuprinsa in plaja de valori alese.


23/26

11.While Loop: instructiune logica care repeata codul din subdiagrapa pana cand conditia nu

mai este indeplinita sau pana la apasarea butonului STOP.


24/26

5. Schema electric a montajului

Pentru funcionarea MEMS-ului, este necesar conectarea la portul USB alcalculatorului.

Modul de conectare MEMS plac de achiziii de date este NI USB -6008/6009.Acestadispune de 8 intri analogice (AI0-AI7). Semnalul OUT1 este conectat la intrarea analogic apinulului 4 iar OUT2 la intrarea analogica a pinulului 5 . Ieirile digitale cevor aprinde ledurilesunt configurate pe ieirile P0.0 i P0.1 (pinii 29, respectiv 24).

LED-urile folosite sunt lucreaz la tensiuni de 5V iar rezistenele au valori nominale de330 .

Schema electric a montajului


25/26

6.Cablajul imprimat

Cablajul imprimat al montajului a fost realizat folosind softul PCB Wizard.


26/26

7.Bibliografie

http://ni.com

http://en.wikipedia.org/wiki/LabVIEW

http://www.catia.ro/articole/labview1/

https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/IMU/lpr530al.pdf

http://www.csa.com/discoveryguides/mems/overview.php

http://www.ni.com/pdf/manuals/371303m.pdf

sapt proiect

Documents