Transcript LVO.08
A LabVIEW használata az oktatásban A LabVIEW alapjainak oktatása Spektrum számolása Mingesz Róbert, Vadai Gergely 2013. május 24. 1 Tartalom • A LabVIEW alapjainak oktatása • Szorgalmi feladat • Spektrum számolása • Feladatok megoldása • Jegyzőkönyv 2 A LabVIEW alapjainak oktatása 3 Közösen elmutogatós módszer Előnyök: • Egyszerű Hátrányok: • Mindenki más sebességgel haladna • Ha valaki lemarad, nem tudja behozni • Többiek unatkoznak Felhasználás: • Környezet bemutatása, alap feladatok 4 Lépésenként példák • Írásban, részletesen leírva + közös megvalósítás Előnyök: • Nem gond, ha valaki lemarad • Mindenki haladhat a maga ritmusában Hátrányok: • Néha nehéz összeegyeztetni, ha a tanár más ütemben halad • Nehéz új feladatokra alkalmazni a tudást • Tananyag hosszú előkészítése 5 Projektek / feladatok • Kiadott projektek/feladatok önálló megoldása Előnyök: • Mindenki a saját ütemében haladhat • Rengeteg kihívás → mélyebb megértés Hátrányok: • Tananyag előkészítése • A hallgatók számára mindig könnyű megtalálni a szükséges eszközöket, módszereket 6 Online oktatóvideók • Önálló feldolgozáshoz Előnyök: • Bármilyen témára megtalálhatjuk Hátrányok: • Unalmasak • Sokszor olyan eszközöket kíván, amik nem érhető el 7 Online leírások, példák, fórum • Önálló feldolgozáshoz, problémamegoldáshoz Előnyök: • Bármilyen témára megtalálhatjuk Hátrányok: • Nehéz megtalálni amit keresünk • Nem egyenletes színvonal 8 Beépített példák • Egy új funkció megismeréséhez Előnyök: • Minden funkcióhoz van • Működőképesek Hátrányok: • Néha túl bonyolultak • Olyan elemeket is használhatnak, amiket egyébként nem lehet megtalálni 9 Könyvek • Önálló tanuláshoz Előnyök • Koherens, jól követhető Hátrányok • Unalmas (sok részét már ismerni fogjuk) • Nehezen hozzáférhetők 10 Hivatalos LabVIEW tanfolyamok • LabVIEW Core 1 (370 eFt) • LabVIEW Core 2 (370 eFt) • LabVIEW Core 3 (370 eFt) • LabVIEW Connectivity course (250 eFt) • LabVIEW Performance course (250 eFt) • LabVIEW Real-Time 1 és 2 (250 eFt/db) • Data Acquisition and Signal Conditioning • Tananyagok: 70 eFt/db 11 NI hivatalos vizsgák • NI LabVIEW Certifications http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/hu/nid/201888 • Certified LabVIEW Associate Developer • Certified LabVIEW Developer • Certified LabVIEW Architect 12 NI Certified LabVIEW Associate Developer • CLAD • LabVIEW Core 1 és 2 anyaga • Fél év LabVIEW fejlesztési gyakorlat • Teszt, 1 óra • NI Days: Ingyen vizsgalehetőség • 2 évente meg kell újítani 13 LabVIEW és az oktatás 14 K12Lab • http://k12lab.com/ • Kész feladatok • Videók, felhasználók alkotásai 15 LabVIEW versenyek • http://hungary.ni.com/labview-verseny • Ságvári: 2. helyezés 16 Szorgalmi feladat 17 Spektrum számolása 18 Jelek mintavételezése • dt: – mintavételi időköz • fs = 1/dt – mintavételi frekvencia 19 Fourier reprezentációk 20 Spektrum • f0 – DC jelszínt • df – frekvencia felbontás • fi = i ∙ df – kiválasztott frekvencia ∆𝑓 = 1 𝑇mérés 1 = 𝑁 ∙ ∆𝑡 21 DFT 1 𝑋𝑘 = 𝑁 1 𝑥𝑗 = 𝑁 𝑁−1 𝑥𝑗 ∙ 𝑗∙𝑘 −i∙2𝜋∙ 𝑁 𝑒 𝑗=0 𝑁−1 𝑗∙𝑘 i ∙2𝜋∙ 𝑁 𝑋𝑘 ∙ 𝑒 𝑘=0 • 𝑥𝑗 = 𝑥(𝑗 ∙ ∆𝑡) – mintavételezett jel • 𝑋𝑘 = 𝑋(𝑘 ∙ ∆𝑓) – frekvenciatartománybeli reprezentáció (spektrum, az amplitúdó fele) • Teljesítménysűrűség spektrum: 𝑋𝑘 2 ∆𝑓 22 Négyszög ablakfüggvény 23 Hanning ablakfüggvény 24 Waveform • Kezdőidő (dátum/relatív idő) ( t0 ) • Mintavételi időköz ( dt ) • Kitérés ( Y ) • Clusterrel helyettesíthető 25 oldal Waveform paletta 26 oldal Waveform generálása • Signal processing / Wfm Generation 27 oldal Mintavételezés paraméterei (Sampling info) • Mintavételi frekvencia ( Fs ) • Minták száma ( #s , tipikusan kettő hatvány) 28 oldal PSD számolása • Signal processing / Wfm Measure 29 oldal Teljesítménysűrűség spektrum • Kezdő frekvencia ( f0=0 ) • Frekvencia-feloldás ( df ) • Amplitúdó ( magnitude ) 30 oldal Amplitúdó spektrum számolása • Signal processing / Wfm Measure 31 oldal Tömb feldarabolása 32 oldal Intensity Graph • Fogadott adattípus: 2D tömb 33 oldal 1. feladat • Hozzon létre egy háromszögjelet, majd számolja ki a négyzetét! • A jel paraméterei: frekvencia: 10 Hz, mintavételi frekvencia: 10 kHz, minták száma 65536. Ábrázolja mindkét jelet egy grafikonon, úgy, hogy jól látszódjon az eredmény! • Számolja ki mindkét jel amplitúdó-spektrumát (magnitude), és ábrázolja őket egy grafikonon 0 és 100 Hz között. 34 oldal 1. feladat • Mi a különbség a két jel között? Milyen különbséget látunk, ha az y tengely (magnitúdó) logaritmikus? Miért nem csak 10 Hz-nél látunk bármit a spektrumban? Mit jelent a spektrum 0nál felvett értéke? Miért nem éles vonalakat látunk? Hogy lehetne ezen segíteni? • A vi előlapot megfelelően alakítsa ki, a feliratok legyenek informatívak (a tengelyfeliratok is)! 35 oldal 2. feladat • A mellékelt LVO8.SampleSignal.vi egy minta jelet ad vissza, valamint a hozzá tartozó paramétereket (mintavételi frekvencia, minták száma). Készítsen olyan programot, amely kiszámolja a jel teljesítménysűrűség-spektrumát (PSD). 36 oldal 2. feladat • A program előlapján lehessen választani, hogy milyen ablakfüggvényt használunk, valamint azt, hogy decibel (logaritmikus) vagy normál (lineáris) skálán szeretnénk-e látni az eredményt. A program előlapját megfelelően feliratozza! • Magyarázza meg, a látott spektrumot! Milyen különbséget lát a lineáris és a logaritmikus skálán való megjelenítés között? Történt-e „hiba” a mintavételezés során? 37 oldal 3. feladat • Egy ciklusban darabolja fel a teljes jelet 1024 mintából álló darabokra. Számolja ki az egyes darabok spektrumát, majd az (időfüggő) eredményt jelenítse meg egy Intensity Graph-on! 38 oldal 3. feladat • A program legyen képes mind lineáris, mind decibeles skálán megjeleníteni az eredményt! (Megjegyzés: lineáris skála esetén célszerű ha a z tengely autoskálán van, decibeles skála esetén pedig – 60 db min és 0 db max az ideális beállítás). • Miben különbözik a kép lineáris és decibeles skálán? Magyarázza meg mit lát a spektrumban! 39 oldal 4. feladat • Kíváncsiak vagyunk, hogyan változik a jel teljesítménye az 1024 Hz-hez tartozó frekvencián. • Hogyan kaphatjuk meg a jel teljesítményét az adott pontban? • Készítsen (a hármas feladaton alapuló) programot, mely ábrázolja ennek időbeli változását. • Hogyan magyarázza ez a jel a korábbi spektrumokat? 40 oldal