Projecto: Robô sensorizado com LEGO Mindstorms Escola de Verão de Física 2011 Coordenador: Paulo...

Projecto: Robô sensorizado com LEGO Mindstorms

Escola de Verão de Física 2011

Coordenador: Paulo Vicente MarquesMonitor: Manuel Jorge Marques

1ª ParteConceitos-base de programação

LabVIEW – o que é?

Uma linguagem de programação! Existem várias à escolha – C, Python, Assembly,

BASIC, Java, ... LabVIEW é uma linguagem gráfica: em vez de

comandos escritos, usam-se blocos e fios de ligação entre eles;

Duas vistas principais: painel frontal e diagrama de blocos;

Na prática, constroem-se instrumentos virtuais (Vis), operados a partir do painel frontal.

04/27/23 UOSE - FCUP/LabVIEW and Virtual Instrumentation Workshop/24 JUL 2007

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Diagrama de Blocos

Painel Frontal

Introdução ao LABVIEWTM

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Painel Frontal

Painel FrontalControlos = Entradas (controls) (inputs)

Indicadores = Saídas (indicators) (outputs)



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Diagrama de BlocosComponentes interligados por fios

Código fonte

Esquema de fluxo de dados

Block Diagram



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Ferramentas do painel “Icon

pane”Controlos numéricos

Botão de controlo booleano

Indicador de barra (Slide indicator)

Etiqueta (Label)

Janela do painel frontal

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Terminais de controlo numérico (Numeric control terminals)

Terminal de indicador de barra (Slide indicator terminal)

Terminal de controlo booleano (Boolean control terminal)

Função de soma (Add function)

Função de comparação (Comparison function)

Função Booleana

Função de temporização (Timing function)

Constante numérica (Numeric constant)

Janela do diagrama de blocos

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Fios

Nodos

Escalar 1D Array

Numérico

Booleano

Texto (String)

Laranja (virgula flutuante)Azul (inteiro)

Verde

Roxo

2D Array

Hot spot

Os terminais de controlo têm bordas mais espessas do que os dos indicadores

Diagrama de blocos

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• Familiarize-se com o painel frontal e o diagrama de blocos• Habitue-se a utilizar a ajuda em contexto (Ctrl + H)• Construa um VI que

– Some e subtraia dois valores indicados por controlos numéricos (inputs)

– Apresente os resultados em dois indicadores numéricos diferentes (outputs)

• Utilize pontas de prova e execução ilustrada ...

Primeiro Exercício


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Estruturas-base num programa

Loops while e for; Shift registers; Estruturas condicionais (case structures); Estruturas sequenciais; Formula nodes;


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While loopFunctions → Structures palette

O código incluído pode ser repetido

Faz (Executa o diagrama dentro do Loop)Enquanto (While) a condição é FALSA

Terminal de iteração

Terminal Condicional

Continua se for verdade

Muito Importante!

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Exercício• Use uma “While Loop” para executar continuamente a soma de

duas entradas numéricas, até que o resultado seja igual a zero ou o botão de “STOP” seja pressionado.

– (use o primeiro exercício como ponto de partida)

• Use a função de “Wait (ms)” para prevenir a utilização a 100% do CPU


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Registos de deslocamento (Shift registers)

• Disponíveis nas bordas esquerda, ou direita, das estruturas “loop”• Carregar com botão direito na borda e seleccionar “Add Shift Register”• Terminais do lado direito guardam dados após a execução da iteração• Terminais do lado esquerdo fornecem dados ao início da nova iteração

Antes do início da “Loop”

Primeira Iteração

SegundaIteração

ÚltimaIteração

Valor Inicial

Valor 1

Valor 1

Valor 2

Valor 2

Valor 3

Valor 3ValorInicial

Guardam valores de uma iteração para a seguinte

Laboratório de Física III - Curso Introdutório de LabVIEW TM

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Shift registers – cont.

Carregar no botão direito sobre o terminal esquerdo para adicionar novos elementos

Carregar no botão direito sobre a borda para um novo “shift register”

Este método difere da utilização de vários “shift registers”

• Um “shift register” com terminais adicionados guarda vários valores anteriores de uma única variável.

• Vários “shift registers” guardam o último valor de várias variáveis.

Adaptam-se a qualquer tipo de dados


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Inicialização de “shift registers”

RUN 1

RUN 2

Inicializado Não inicializado

Valor inicial = 5

Valor inicial = 7

Valor inicial = 0

Valor inicial = 8


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For Loop

• Executa o diagrama dentro do “loop” um número pré-determinado de vezes• Os “shift registers” podem ser igualmente criados na borda

Terminal de contagem(Numerical input)


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Exercício – Sequência de Fibonacci0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 ...

Use uma “For Loop” e “Shift Registers” de forma a calcular e apresentar numa “Waveform Chart”, os valores da sequência de Fibonacci para 2 ≤ n ≤ 11

(1 2 3 5 8 13 21 34 55 89)


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Estruturas condicionais (Case Structures)Na subpalete de estruturas da palete de Funções

Inclua nodos ou arraste-os para o interior da estrutura

Amontoadas como um baralho de cartas, só um dos casos é visível

Casos Booleanos e Numéricos

Nota: Todas as saídas possíveis da estrutura têm que ser ligadas

Gamas numéricas também são possíveis


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ExercícioCrie um VI que calcule a raiz quadrada de um número,

indicado num controlo numérico, e apresente o resultado num indicador numérico

Se o número for menor que zero, a saída deverá ser NaN.


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Estruturas sequenciais (Sequence Structures)

• Executa diagramas sequencialmente, Frame 0 (0..x), onde x é o número total de “frames”

• Empilhadas como um baralho de cartas, só um “frame” está visível


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Sequence Locals• Passam dados de um “frame” para “frames” futuros• Criados na borda da estrutura sequencial

“Sequence local” criado no frame 1

Dados não disponíveis

Dados disponíveis


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Flat Sequence Structure

A ideia é a mesma de uma estrutura “Stacked Sequence”, mas a sequência é apresentada agora como uma tira de filme


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Formula Node• Está na subpalete de “Structures”

• Implementa equações complicadas

• As variáveis são criadas na borda

• O nome das variáveis é sensível às maiúsculas/minúsculas

• Cada expressão deve terminar com ponto-e-virgula (;)

• A janela de ajuda em contexto mostra as funções disponíveis

Atenção ao ponto-e-virgula!


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Operações condicionais em “Formula Nodes”if (x >= 0) then

y = sqrt(x)

else y = -99999.0

end if

Condição

Operador Condicional

Condição verdadeira

Condição Falsa


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Strings• Uma “string” é uma sequência de caracteres ASCII que visíveis ou não

• Várias utilizações – Apresentar mensagens, Controlo de instrumentos, escrita e leitura de ficheiros

• Os controlos/indicadores de “string” estão em Controls >> String subpalette


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Funções de Strings

The quick brown fox jumped over the lazy dog.

Concatenated String

Não esquecer os espaços aqui!

String Length

Length =20String


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Converter números em strings

Converter strings para números

Funções de Strings

DESENVOLVIMENTO COM LEGO NXT

2ª Parte

PROJECTO: ROBÔ SEGUIDOR DE LINHA (CONTROLADOR PID)

3ª Parte

Antes de lá chegarmos...

• Robô seguidor de linha: segue a borda da linha, e não a linha propriamente dita! – Porquê?

• Como é que ele segue a linha? Ideias?

Nota: aqui estamos interessados em que o robô siga a extremidade esquerda da linha.Porquê a esquerda e não a direita?

Implementação simples – 2 and 3-level follower

Compliquemos um pouco mais...

• Seguidor de linha proporcional – não se dão passos discretos, mas sim contínuos!

• Duas funções: uma para cada motor!

• E se quisermos que um dos motores inverta direcção? (power < 0!)

Adicionemos um acumulador (integral)

• Um integral não é mais do que um somador.

• Lembram-se dos shift registers e do código da sequência de Fibonnaci?

coisa = coisa + valor corrente

coisa[actual] = coisa[antes] + valor novo

Vimos o presente (P), e o passado (I)...

... pelo que agora só nos falta ver o futuro!

• Tal é possível implementando a derivação no nosso controlador.

• Irão ver isso no 12º ano em Matemática... (a integração só na faculdade! )

• Como funciona?

Derivação

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