LabView with Lego NXT
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此文档为高阶图形化界面机器人培训课程大纲，涵盖LabVIEW环境介绍、程序调试技巧以及NXT传感器和电机应用等内容。课程包括理论学习和实操练习，旨在提高学员对LabVIEW编程的理解及应用能力。最后，文档还论述了数据采集、分析等高级功能，适用于行业标准的自动化和测量。
LabView with Lego NXT
- 1. 高階圖形化介面機器人研習
- 2. 課程大綱 日 期 時 間 課 程 內 容 LabVIEW 環境簡介 了解 LabVIEW 資料流概念 人機界面/程式碼介紹 09:00～12:00 LabVIEW NXT函式總覽 第 編輯LabVIEW程式技巧 一 LabVIEW程式除錯工具 天 迴圈結構: For loop, While loop 遞迴概念與暫存器(Shift Register) 13:00～16:00 LabVIEW裡的判別與抉擇 (Case) NXT感測器和馬達應用
- 3. 課程大綱 陣列與叢集: 掌握資料的第一步 圖表的應用與資料分析 09:00～12:00 第 字串和檔案存取 二 狀態機 天 Android 手機程式設計 13:00～16:00 使用Google App Inventor
- 4. LabVIEW 環境簡介
- 5. LabVIEW 優點 • 直覺式程式設計 • Multithreading，平行處理迴圈 • 許多現成函式庫 (視覺，馬達控制，I/O) • 可以和其他程式環境結合 – C，Matlab，.NET，ActiveX … • 程式可移植到不同平臺執行 • Windows, Mac, PDA, FPGA …
- 6. LabVIEW 有那些種類的函數可以使用？ • 輸入和輸出 – 信號與資料模擬 Express Functions Palette – 使用DAQ擷取及產生真實信號 – Instrument I/O Assistant （序列與GPIB） – ActiveX，用於和其它程式通訊 • 分析 – 信號處理 – 統計 – 高級數學與公式 – 連續時間解算器(Continuous Time Solver) • 視覺/馬達控制 – PID，Fuzzy
- 7. LabVIEW 的應用領域 • 業界量測與自動化標準 • 圖形化概念 • 豐富函式庫，包含: – 視覺檢測 – 運動控制 – 資料擷取 – 儀器控制 – 進階運算 – 報表產生 – 和更多 … • 整合週邊軟硬體和其他工具
- 9. LabVIEW 歡迎畫面 開始»所有程式»National Instruments LabVIEW 歡迎畫面： 從空白VI開始： New»Blank VI or 從範例開始： Examples»Find Examples…
- 10. LabVIEW的程式稱為虛擬儀器 (Virtual Instrument, VI) 每個VI都有兩個視窗: 人機界面 (Front Panel) • 使用者界面(UI) – Controls = 輸入埠 – Indicators = 輸出埠 程式區 (Block Diagram) • 圖形化程式碼 – 由資料流 (Dataflow) 來決定程式流程
- 11. Front Panel (Drag and drop to front panel) 自訂面板檢視 Control: 控制元件 Indicator: 顯示元件
- 12. Block Diagram （Drag and drop to block diagram） 函式，迴圈，程式結構
- 13. 如何更改可視視窗 左邊： Programming NXT Robotics 右邊： Programming NXT Robotics
- 14. 工具 (Tools) 面板 • 建議：自動選擇工具 (Automatic Selection Tool） • 用於操作及修改人機界面和程式區物件的工具 自動選擇工具 在以下工具中進行選擇： 操作工具 定位／改變大小工具 標籤工具 接線工具
- 15. 狀態(Status)工具欄 執行按鈕 連續執行按鈕 放棄執行 額外按鈕: 執行標示按鈕 保留接線值按鈕 步進函數按鈕
- 17. Dataflow (資料流) • 要駕馭 LabVIEW，一定要 清楚 dataflow • LabVIEW 執行順序 – 要看資料是怎麼流的 – 資料左進右出 • VI 從左邊接受到所有的 input資料，VI才會執行 • VI 執行完，將會從右邊 輸出 output資料
- 20. LabVIEW EE NXT Setup • 進行習題之前，先確認 NXT已連 線 • Tools NXT Tools NXT Terminal • 需要更新 NXT firmware -> 1.28
- 21. Example Finder • 搜尋範例程式的好幫 手 • Help Find Examples • NXT Robotics 資料夾
- 22. Exercise 1: Hello World • Display -> Hello World.vit • 用 Highlight Execution 了解資料流
- 23. LabVIEW 的資料類型
- 24. LabVIEW NXT 函式總覽
- 26. NXT Programming • LabVIEW 程式的基礎元件 – 迴圈，抉擇 – Array，String，File I/O – 布林判斷 – Delay 函式
- 27. NXT I/O • 控制 NXT 的函式 – Motors – Sensors – Display – Sound – Log Data – Advanced
- 29. Behaviors • 現成的程式碼片段，來模擬一些動作 – Lurch (走走停停) – Swerve (左晃右晃) – Snake (蛇行) – Move to Zero (馬達歸零) – Position Control (馬達定位) – Follow a Line (循跡) – Save Light to File (紀錄光值) – Drive While Sampling Light (邊走邊紀錄光值)
- 30. TETRIX • 控制 TETRIX 擴充套件的函式庫
- 31. Exercise 2: 擷取 NXT Light Sensor • Sensors -> Graphing_Sensor_Values.vit • 如果用 Touch sensor 該如何修改程式?
- 32. LabVIEW 程式設計技巧
- 33. 幾個準則 • 線，儘量不要彎 – 避免程式雜亂
- 34. Context Help 視窗 • Help Show Context Help，或 Ctrl+H • 把滑鼠浮過欲查詢的 VI 更詳細的說明: – 在 VI上按右鍵，選擇 “Help” – 可以從 Context Help 視窗選擇 “Detailed Help”
- 35. 小技巧 • 鍵盤快捷鍵 Shortcuts – <Ctrl+H> – 叫出 Context Help 視窗 – <Ctrl+B> – 清除所有斷線 – <Ctrl+E> – 從 Front Panel 和 Block Diagram 互相切換 – <Ctrl+Z> – Undo
- 36. LabVIEW 程式除錯工具
- 37. 除錯工具 • 查看程式問題點 當程式有錯誤的時候，執行按鈕會有「斷箭」 按下「斷箭」則可以顯示程式錯誤點 • Execution Highlighting 程式會以「慢動作」顯示資料流向清楚 呈現 • Probes 程式執行時，可以在資料線上按下左 鍵，來查看此線的資料
- 38. 迴圈結構：For loop, While loop
- 39. 迴圈 (Loop) While 迴圈 • While 迴圈 – 接點計算重複執行次數 – 至少執行一次 – 一直執行到滿足停止條件 為止 • For 迴圈 For 迴圈 – i 接點計算重複執行次數 – 根據計數接點的輸入埠 來 執行
- 40. 繪製迴圈 2. 圈選要重複執行的程式碼 1. 選擇結構 3. 拖拉其它的節點並完成接線
- 41. Exercise 3 • Structures -> Loop_infinitely • 該怎麼改成用 for loop?
- 42. 暫存器(Shift Register) – 暫存器 • 可在迴圈結構的左邊框或右邊框使用 • 在邊框上按滑鼠右鍵，選擇 Add Shift Register • 右側接點會在迴圈執行完畢時儲存資料 • 左側接點輸出上次迴圈的資料 初始值 值3 迴圈開 始之前 第一次 第二次執 最後一 執行 行 次執行
- 43. Exercise 4 • Structures -> Shift_Register_Counting
- 44. 如何進行抉擇？ 1. Case 結構 2. Select
- 45. Exercise 5 • Motors -> Case_Structure_Motor_Control
- 46. NXT 感測器與馬達應用
- 47. Exercise 6 • Sensors -> Use_Value
- 48. Exercise 7 • Motors -> Front_Panel_Steering_Control
- 49. 假設情境: • 早上起來懶洋洋的，懶得起床把電燈打開 。是否可以寫個程式，當拍手一下電燈就 會從暗到亮，再拍一下會從亮到暗，而一 直連續下去?
- 50. 提示 • 當你發現程式在多處會重複的時候 … – 該用迴圈了 • 當你發現迴圈需要記住上一次迴圈的狀態 – 該用 Shift Register 了
- 51. 不如先由 Flowchart 開始規劃 開始 擷取麥克風音量 yes 大於界限? 將燈泡反向 no Stop 按鈕? no yes 結束
- 52. 一個做法 … • 有其他做法嗎? 請和其他同學分享你的想法 !
- 53. Array：陣列
- 54. Array • 將同類型的資料集合成一個群組 – 可以有不同維度，例如 1-D ，2-D 等等 … – 收集資料，方便做後續分析或呈現 • 如何建立陣列?
- 55. 建立 Array 在 NXT Robotics» Array and Cluster，選擇 Array圖示 將它放在人機界面上。
- 56. 建立 Array 將其他資料形態放入 Array 框中，例如要數字的 Array ， 就把數字的 Control 或 Indicator 放進去
- 57. 使用迴圈建立 Array 啟動自動索引 • 自動索引 接線變粗 – “Auto-Indexing” – 開啟時，迴圈會自動把 裡面的資料整理成 array 1D 陣列 – 關閉時，迴圈只會輸出 0 1 2 3 4 5 最後一筆資料 關閉自動索引 – 在節點上按右鍵，可以 接線保持原樣 選擇 Enable 或 Disable Auto-Indexing 只有一個值（最後一次 執行）被傳出迴圈 5
- 58. 有了 Array，就能夠分析並處理 • Sort Array • Reverse Array • Search Array
- 59. Exercise 8 九九乘法表
- 61. Graphs and Charts • Graph – 適合顯示 array – 不會累計資料，上次顯 示的 array 會被這次的資 料覆蓋 • Chart – 適合顯示單筆資料 – 有 history 記憶體，可以 累計資料
- 62. Exercise 0 • Sensors -> Uploading_Data_to_Graph • 可不可以在迴圈裡加個 Chart 來顯示即時資料?
- 63. Cluster (叢集) 簡介 • 將資料集合在一起的資料結構 • 資料可以是不同類型 • 相當於 C 的 struct • 元件必須都是 control 或 indicator • 可以想像綁成一條電纜的電線
- 64. 建立叢集 1. 選擇一個叢集邊框。 在 NXT Robotics» Array and Cluster，選擇 Cluster 2. 將物件放入邊框裡。
- 65. 資料擷取與分析
- 66. Log (Red) Dataset • NXT 內建三個記憶體空間 – Red, Blue, Green • 選擇記憶體空間 • 定義 Sample Time – 資料點之間的時間差 • 定義 Time – 整體作業時間
- 67. 另外一個方法 • Log Dataset 會等到所有資料都抓到之後才 執行完畢 • 如何讓迴圈裡其它函式繼續執行?
- 68. 讀取資料：Data Viewer
- 69. Exercise 10 • Data Logging -> Multiple_Data_Sets
- 70. 加入搖桿/滑鼠來控制機器人
- 71. Web Publishing Tool • Step1︰開啟vi檔，選擇 Tools→ Web Publishing Tool • Step2︰啟動 Start Web Server • Step3︰選擇 Save to Disk • Step4︰程式將顯示此網頁的網址 (http://yourpcIP/檔名.htm)。 • Step5︰用瀏覽器開啟網址，進行 遠端控制動作。
- 72. 結語與討論 72