Интерфейс пользователя и отображение данных

Содержание

Введение
Преимущества подхода LabVIEW
Особенности интерфейса пользователя
Разработка систем управления и имитационное моделирование
Обработка изображений и машинное зрение
Редактор элементов интерфейса
ActiveX и .NET

Введение

Среда программирования NI LabVIEW предлагает обширную коллекцию элементов управления и индикаторов с поддержкой функции перетаскивания. Используя эти элементы, вы можете быстро и просто создавать пользовательский интерфейс для своих приложений, не утруждая себя разработкой элементов интерфейса «с нуля» или поиском инструментов сторонних разработчиков.

Помимо функции «перетаскивания» элементов интерфейса продвинутые пользователи могут воспользоваться Редактором элементов управления, который позволяет настраивать каждый из элементов интерфейса индивидуально.


Преимущества подхода LabVIEW

Обычно приборы и большинство программного обеспечения имеют фиксированный функциональный набор пользовательского интерфейса, который обеспечивает реализацию всех функций устройства либо конкретного программного обеспечения, однако, зачастую не может быть использован для решения более специфических задач.

Такой подход обладает двумя недостатками:

  •  • Отображаемый поток исходных данных обычно не используется сразу. В большинстве случаев интерес представляют либо какие-то фрагменты исходного потока данных, либо результаты его обработки и анализа.
  •  • Специфические задачи требуют использования неоправданно сложных элементов управления – вложенных меню, настроек и режимов, что делает работу с приборами сложнее.

В LabVIEW каждый создаваемый виртуальный прибор имеет лицевую панель, на которой в процессе разработки можно разместить все необходимые элементы управления  и индикаторы для отображения данных. Создание индивидуальных лицевых панелей с требуемым набором элементов управления и отображения данных позволяет пользователю потратить меньше времени на подготовку измерений и на интерпретацию полученных данных.
 
Быстрое отображение данных
Осуществляя сбор, генерацию или анализ данных, вы ожидаете увидеть их в понятном виде.

image002.jpg
Рис.1. Создание индикатора непосредственно на основе данных

Поэтому LabVIEW может отображать любые данные, которые присутствуют на блок-диаграмме, при этом нет необходимости в конвертации данных или написании кода для создания индикаторов. Достаточно просто щелкнуть правой клавишей мыши на проводнике и выбрать в контекстном меню Create»Indicator. После создания индикатора можно легко настроить его внешний вид – цвет, единицы измерения, диапазоны и прочее.

В отличие от большинства языков программирования среда LabVIEW разрабатывалась с учетом особенностей технического применения, поэтому она содержит специфические научные и инженерные средства визуализации. Так, например, для отображения температуры можно использовать индикатор «термометр», а тестовый набор цифровых данных контролировать с помощью индикатора «цифровая осциллограмма». Или, к примеру, вы можете отображать значение напряжения в инженерном виде (10 мВ вместо 0,01), а индикатор аналоговой осциллограммы позволяет детально изучить график с помощью инструментов масштабирования и увеличения.

Создание настраиваемого интерфейса пользователя
Независимо от того, создаете ли вы простое приложение для протоколирования данных в лаборатории или сложную систему проведения испытаний, ваше приложение может быть предназначено для работы других пользователей. В связи с этим приходится прибегать к удаленному контролю действий оператора, осуществлять ограничения вводимых данных и организовывать обратную связь.

Среда LabVIEW позволяет полностью контролировать то, что отображается на лицевой панели приложения. Настройка свойств элементов управления позволяет указать диапазон, округление и подсказки, облегчающие взаимодействие пользователя с программой.

image003.jpg
Рис.2. Пользовательские настройки элементов лицевой панели приложения, созданного в LabVIEW

Настройка лицевой панели не ограничивается только выбором тех или иных элементов интерфейса. LabVIEW предоставляет возможность выбрать один из трех вариантов оформления интерфейса:

  • - вариант по умолчанию, для максимально быстрой разработки
  • - максимально приближенный к виду обычного windows-приложения
  • - максимально специфический, например, соответствующий фирменному стилю

Преимущества работы с минимально необходимым набором инструментов

  •     • Не нужно приобретать дополнительные пакеты для визуализации данных
  •     • Сбор, анализ и отображение данных в одном приложении без проблем совместимости форматов
  •     • Единая среда для разработки удаленных интерфейсов управления и встраиваемых автономных приложений

Альтернативой использования интегрированной среды, такой как LabVIEW, является использование языка общего назначения с подключением средств визуализации собственной или сторонней разработки. Использование средств визуализации сторонних производителей влечет за собой увеличение стоимости проекта и, обычно, дополнительные сложности, связанные с обеспечением совместимости данных. Самостоятельная же разработка средств визуализации на основе низкоуровневых графических библиотек – задача весьма трудоемкая и может ощутимо повлиять на общий срок работы над проектом.

Другой вариант – передача данных из приложения, осуществляющего их сбор, в другое приложение. Такой подход в большинстве случаев приводит к неудовлетворительным результатам, поскольку может вызывать ошибки и искажения информации в ходе преобразования данных из формата одного приложения в формат другого.

Еще одним примером ситуации, когда необходимо использовать несколько разных инструментов для разработки логики приложения и пользовательского интерфейса, является создание автономных встраиваемых приложений. Большинство встраиваемых приложений разрабатываются на низкоуровневых языках, таких как C, а в процессе работы взаимодействуют с управляющим приложением, написанным на другом языке. В таком случае, данные от встраиваемого приложения передаются управляющему приложению, что сопровождается конвертацией в формат, соответствующий элементу отображения. Среда LabVIEW автоматически создает пользовательский интерфейс для отладки приложения, работающего на автономной платформе без средств визуализации. Разработчик может контролировать процесс работы встраиваемого приложения на основном ПК с помощью индикаторов и элементов управления.


Особенности интерфейса пользователя

Стандартные для графического интерфейса операционной системы элементы управления и индикаторы
В LabVIEW есть все стандартные элементы интерфейса, характерные для операционной системы, такие как цифровые и строковые индикаторы, кнопки, подвижки, индикаторы выполнения и вкладки.
В результате вы можете выбирать, либо использовать интерфейсные элементы LabVIEW или операционной системы, либо - собственные.

image004.png
Рис.3. Стандартные элементы управления и индикаторы LabVIEW

image005.png
Рис.4. Стандартные элементы управления и индикаторы Windows

Специфические элементы управления и индикаторы
В дополнение к стандартным элементам интерфейса, которые есть в большинстве полнофункциональных сред разработки, LabVIEW предоставляет в распоряжение пользователя богатый набор специфических для инженерной и научной деятельности индикаторов и элементов управления. Их использование  позволяет сделать интерфейс программы более похожим на панели управления оборудованием, а, следовательно, саму программу – более понятной и удобной.

image006.jpg
Рис. 5. Специальные элементы управления и индикаторы для инженерных задач

Графики аналоговых и цифровых осциллограмм
После того, как данные сгенерированы, получены с устройств или прочитаны с накопителя, вы можете использовать графики или развертки для их отображения.

Графики и развертки отличаются тем, как они отображают данные. Графики перезаписывают отображаемую информацию каждой новой порцией данных и подходят для отображения:

  • - графиков осциллограмм, c равномерно распределенными результатами измерений (с постоянным периодом выборки)
  • - графиков однозначных функций вида y=f(x) с эквидистантными значениями x.

Вы можете интерактивно или программно добавить указатели (курсоры) и примечания на график, чтобы отметить важные участки.

image007.png
Рис. 6. График осциллограммы с примечанием и указателем (курсором)

Развертка же ведет себя по-другому – новые данные дополняют предыдущие, создавая своеобразный архив, поэтому новые данные отображаются в сравнении с предыдущими. Как только объем хранимых данных будет превышен, самые ранние результаты будут исчезать, а график сдвигаться влево, освобождая место для новых данных. Развертки обычно используются в медленных процессах, когда всего одна или несколько новых точек появляются каждую секунду.

image008.png
Рис. 7. Развертка осциллограммы в режиме отображения непрерывной развертки (Sweep)

XY график - это универсальный элемент отображения, позволяющий строить произвольные кривые, которые задают функциями в неявной форме, либо осциллограмм с переменным периодом выборки декартовой системе координат. XY график может отображать произвольный набор точек, не обязательно эквидистантных. You also can display Nyquist planes, Nichols planes, S planes, and Z planes on the XY graph.

image009.png
Рис. 8 XY график с несколькими графиками

Вы можете применить график или развертку интенсивности в LabVIEW, чтобы отобразить трехмерные данные на плоскости, используя цветовую маркировку. Например, вы можете использовать график интенсивности для отображения карты температуры поверхности.

image010.png
Рис. 9. График интенсивности, демонстрирующий интерференционную картину

Также в LabVIEW имеется график цифровой осциллограммы - индикатор, который используется для отображения данных временных диаграмм или логических анализаторов. Этот вид индикатора умеет работать с различными типами данных: цифровая осциллограмма, логический тип и массивы элементов этих типов. По умолчанию, на графике отображаются и шины и отдельные сигнальные линии в их составе, однако вы можете настроить параметры отображения по своему усмотрению.

image011.png
Рис.10. График цифровой осциллограммы

График смешанных сигналов используется для одновременного отображения цифровых и аналоговых данных и совместим с данными графиков аналоговых и цифровых осциллограмм и XY-графика. На графике этого типа создается несколько областей, каждая из которых отображает только цифровые или только аналоговые данные. Каждая область имеет собственную вертикальную шкалу, а горизонтальная шкала используется совместно, что позволяет проводить сравнительный анализ цифровых и аналоговых сигналов.

image012.png
Рис. 11. 3D-График поверхности

3D-графики доступны в версиях LabVIEW Full Development Systems и Professional Development System и применяются в тех случаях, когда нужно отобразить данные в трех измерениях, например, температуру поверхности или данные частотно-временного анализа.
 
Рисованные элементы интерфейса и декоративные элементы

image013.png
Рис. 12. Рисованные элементы интерфейса использованы для визуализации состояния манипулятора робота

Если для отображения или ввода данных нет подходящих элементов интерфейса, можно использовать собственные рисованные элементы на основе 2D и 3D окна для отображения рисунков. Эти элементы управления позволяют использовать программные функции рисования в пределах соответствующих областей и особенно полезны в приложениях управления или испытания устройств, поскольку позволяют в наглядной форме визуализировать процесс работы.

image014.gif
Рис.13. Лицевая панель с элементом 3D Picture Control, демонстрирующим модель вертолета

Также на лицевой панели приложения можно разместить статические изображения различных форматов для того чтобы интерфейс стал более наглядным и понятным.

Специализированные графики и управляющие элементы интерфейса
При установке некоторых пакетов расширения LabVIEW появляются дополнительные специализированные элементы пользовательского интерфейса.


Разработка систем управления и имитационное моделирование

Для приложений автоматического управления в модуле Control Design and Simulation имеются средства для визуализации таких графиков, как корневой годограф, АФЧХ (диаграмма Найквиста), ЛАФЧХ (диаграмма Боде), диаграмма Николса

image015.jpg
Рис. 14. График ЛАФЧХ модуля LabVIEW Control Design and Simulation

Вы можете использовать индикаторы из палитры CD Plot, чтобы построить графики на лицевой панели, а также работать с графиками непосредственно на блок-диаграмме  с помощью нескольких ВП (CD Nichols,  CD Nyquist, CD Pole-Zero Map и CD Root Locus with Gain).

image016.jpg
Рис. 15. График коревого годографа модуля LabVIEW Control Design and Simulation


Обработка изображений и машинное зрение

Для задач обработки изображений предлагается специальный модуль LabVIEW NI Vision Development, который значительно расширяет возможности отображения и анализа изображений и видеозаписей - как сделанных ранее, так и обрабатываемых в режиме реального времени. Поддерживается работа с цифровыми и аналоговыми  инфракрасными, цветными и черно-белыми камерами.

image017.jpg
Рис.16. Обработка двумерного штрих-кода, инфракрасного, цветного и черно-белого изображений в модуле NI Vision Development в LabVIEW

К примеру, используя этот модуль, вы можете получить изображение с обычного или атомно-силового микроскопа и произвести измерение объектов непосредственно на изображении.

На рис. 17 показан процесс обнаружения краев нанотрубок  (масштаб 100 мкм) и измерение расстояния между ними.

image018.jpg
Рис.17. Функция обнаружения краев на изображении массива упорядоченных нанотрубок

Регистрация данных и диспетчерский контроль

Модуль LabVIEW Datalogging and Supervisory Control предлагает разработчику богатую коллекцию графических элементов и объектов для создания программ мониторинга и управления процессами, таких как SCADA-системы и операторские интерфейсы.

image019.jpg
Рис. 18. Навигатор библиотеки изображений модуля LabVIEW Datalogging and Supervisory


Редактор элементов интерфейса

С помощью редактора элементов интерфейса вы можете создавать уникальные элементы управления и индикаторы на основе уже имеющихся, а также импортированных изображений и шрифтов. Использование режима строго определения типа («Strict Type Def.») позволяет проводить настройку элементов интерфейса в одном месте, в том время как изменения затронут все приложения, в которых они использованы.

image020.gif
Рис.19. Редактор элементов интерфейса

Продвинутым инструментом LabVIEW является XControl, позволяющий объединять и совместного использовать нескольких элементов управления и некоторой заданной логики, связывающей данные элементы. Он обычно используется при совместной конвертации типов данных элементов управления, а также фильтрации отображаемых данных.


ActiveX и .NET

Расширение возможностей пользовательского интерфейса обеспечиваетcя как встроенными и пользовательскими элементами, так и подключаемыми объектами ActiveX и .NET, которые размещаются на лицевой панели и управляются программно узлами блок-диаграммы. С помощью объектов ActiveX и .NET можно организовать, например, демонстрацию видео или отображение страниц WEB непосредственно в интерфейсе пользователя.

image021.jpg
Рис.20. Встраиваемые элементы управления Web Browser и Windows Media Player

Использование ActiveX и вызовов динамических библиотек позволяет значительно расширить возможности визуализации LabVIEW. Вы можете также использовать низкоуровневую работу с OpenGL и Direct3D.

Возможности визуализации и инструментарий разработки пользовательского интерфейса в LabVIEW позволяют быстро реализовать отображение данных и управление программой. Встроенные элементы интерфейса корректно отображают получаемые от оборудования или генерируемые данные, экономя время разработчика на конвертацию и форматирование данных для средств визуализации. С другой стороны, если требуется разработать специфический интерфейс, LabVIEW предоставляет все возможности настройки и создания собственных элементов управления и индикаторов.




 

© 2016 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика